工业-山东-工业技术-李圭艳-起重机钢结构的焊接变形的原因及预防措施

焊接变形分析及预防探讨摘要：钢件焊接施工是现在比较常见的一种技术，在构件焊接过程中往往会因为急剧非平衡解热与冷却，导致结构产生非常明显的焊接残余变形，对整个构件的设计、制作生产以及使用的可靠性有着密切的联系。

造成焊接变形的原因很多，在焊接过程中管理工作稍有漏洞，就会出现变形病害，必须要确定变形出现的原因，并确定合理的措施进行改善。

本文对焊接变形原因以及预防措施进行了分析。

关键词：焊接变形；构件；影响因素焊接为钢结构制作与连接的主要技术，现在已经被广泛的应用到钢结构制作与安装工艺中。

受焊接施工特点影响，对焊接施工技术有较高的要求，管理工作不到位，就会出现焊接变形，不但会对钢结构外观以及使用性能造成影响，严重的甚至会导致整个焊件报废，影响企业经济效益。

因此，在钢构件焊接施工时，必须要明确各项影响因素，并做焊接技术的控制，提前预防变形病害的发生，保证焊接结果满足要求。

1.焊接变形概述焊接技术主要作用是完成钢结构的制作，已经完成构件的连接，在焊机而过程中，构件局部受到高温加热，以及焊机而后的快速冷却，容易在构件的焊缝附近以及母材近缝处产生热应力变形与压缩塑性应力变形，整个过程在构件内部产生了内应力，最终会导致构件发生变形[1]。

常见的构件变形有弯曲变形、纵向变形、横向变形以及扭曲变形等，在实际施工过程中对于不同构件的焊接处理，往往出现的变形是相互影响的，并不是完全独立的存在。

造成焊接变形的原因很多，对构件的制作生产以及使用造成的影响比较大，为保证构件处理效果，必须要确定造成焊接变形的原因，并选择合适的措施进行管理，减少变形情况的发生。

2.焊接变形原因分析2.1结构因素焊接结构设计合不合理对焊接变形存在很大的影响，随着拘束度不断增加，焊接残余应力也在增加，而焊接变形则逐渐减少。

构件在发生焊接变形时，其本身的拘束度在不断变化。

一般情况下，结构设计相对复杂的构件，在焊接过程中其拘束度占有主导地位，焊接时拘束度的变化也会受结构设计的复杂程度而增加。

钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。

由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。

本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。

一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。

在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。

这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。

而焊后，在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。

焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。

二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。

2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。

(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。

钢结构的焊接变形与控制措施作者：孙昊鹏来源：《商情》2016年第35期一、焊接变形概述焊接中目前焊条电弧焊是最主要的焊接方法之一，该焊接方法主要是利用电能转化为电弧所产生的高温使焊缝周围的母材和焊条融化，在高温熔池中依靠电弧吹力的作用下翻腾搅拌，使得熔池混合均匀，当随着焊接热源逐渐远离后，熔池温度逐渐下降，熔池逐渐由液体转变为固态的一个结晶过程，同时微观上又使得被焊母材之间形成了金属键，从而形成不可拆卸的焊缝结构。

在此工艺中，由于焊接加热部位仅仅局限于焊缝和热影响区附近，所以当母材本身体积较大时，其他位置的温度则要比加热区域低得多，一般大型构件的其他母材部位温度基本相当于室温，因此两者温度可能会相差1000多摄氏度。

由于这种加热是极为不均匀的，所以在焊接过程中往往会产生变形和残余内应力。

二、焊接变形产生原因焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。

影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有材料性能、设计结构和、焊接工艺、温度差四个方面。

1、材料因素的影响。

金属的焊接是金属的一种加工性能，接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，它决定于金属材料的本身性质和加工条件。

金属的化学成分不同，其焊接性也不同。

碳的影响最大，其它合金元素可以换算成碳的相当含量来估算它们对焊接性的影响。

碳当量CE=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15+（Gr+Mo+V）/5（%）式中各化学元素含量取其成分的上限。

碳当量越大，焊接性能越差。

当CE0.6时，焊接性差，冷冽倾向严重，焊接时需要较高预热温度和严格的工艺措施。

2、结构设计因素的影响。

焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键，也是最复杂的因素。

虽然焊接工件随拘束度的增加，焊接残余应力增加，焊接变形相应减少，但在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加。

假设将钢杆加在两端不能移动的夹钳上（见图1-2），把钢杆均匀加 热，同样由于热膨胀，钢杆力求伸长，但因夹钳不能移动，钢杆不 能自由伸长，于是钢杆内出现内应力，其结果使钢杆产生弯曲及扭 曲变形。如果内应力超过了钢的屈服点，钢杆就发生塑性变形，钢 杆变粗，增大截面。当钢杆均匀冷却时，同样因冷却收缩，又由于 夹钳不能移动，此时钢杆出现拉的内应力，钢杆原来的弯曲变形及 扭曲变形在拉力作用下减小。但因钢杆加热时有塑性变形，所以钢 杆的长度不能恢复到原有的形状。若这种拉的内应力超过钢的强度 极限的数值，钢杆就会断裂。
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焊接变形原因分析及其防止措施
用校直机冷却校正
热力校正
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变形的原因分分析及防治措施
二、焊接时的变形与应力 焊接时，焊件产生变形与应力的原因是由于焊件被焊时加热不均匀
所引起的。焊接时，由于电弧热作用，电弧附近周围的金属温度显 著提高，离电弧较远的金属温度就较低，这样焊件就出现不均匀的 热膨胀（如图1-3）。加热部分的金属，根据受热程度不同，就要 相应的伸长，而未加热部分的金属要维持原来的长度，因此加热处 的伸长受到冷金属的阻碍，限制了加热金属部分的自由伸长，于是 加热金属便产生压应力，而冷金属部分产生拉应力。当加热部分产 生的压应力超过金属的屈服点时，就会产生塑性变形。一般金属的 屈服点随着温度的升高而降低，在600℃温度的钢材的屈服点实际 等于零。当冷却时，由于加热金属部分比未焊时短，此时加热金属 部分受到拉应力，冷金属产生压应力。
5、回火法 ——将焊接完的焊件均匀加热到一定的 温度（低碳钢应加热至600~650℃），并根据 焊件厚度保温一定时间（一般规定每毫米厚度需保温0.04小时），然后均匀冷却，使金属内 应力全部消除。船体结构中，焊接船尾柱工件可以 应用此法。回火是消除应力的有效方法。