劉現(xiàn)鋒

（身份證號(hào)：1323261971****0574）

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)需求迅猛發(fā)展，焊接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)的制作中得到了大量的應(yīng)用。在焊接過(guò)程中，不均勻溫度場(chǎng)及其引起的局部塑性變形和比容不同的組織不可避免地會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形[1]，如何有效地減少應(yīng)力和變形成為研究的焦點(diǎn)。焊接應(yīng)力會(huì)影響焊接接頭的韌性、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力，而變形則會(huì)影響產(chǎn)品的幾何尺寸和裝配質(zhì)量。焊接變形是應(yīng)力作用的宏觀(guān)表現(xiàn)，焊接變形有收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪邊形、扭曲變形五種形式[2]。

一、控制焊接變形的工藝方法

(一)坡口設(shè)置

合理設(shè)置坡口可以有效減小焊接變形。如對(duì)于拼接焊縫，特別是厚板的拼接焊縫，為了減少焊后變形，將坡口設(shè)置成非對(duì)稱(chēng)坡口，如圖1所示。

圖1 焊接坡口設(shè)置

具體方法是：先焊坡口較深一側(cè)的1／3，翻轉(zhuǎn)背面焊接完成后，再翻過(guò)來(lái)焊接剩余的2／3。兩次翻轉(zhuǎn)焊接完成整條拼縫。實(shí)踐證明，此方法翻轉(zhuǎn)次數(shù)少，焊接變形小，生產(chǎn)效率高。

(二)選擇合理的焊接順序

選擇合理的焊接順序既能減小焊接應(yīng)力集中，又能防止焊接變形。如腹板較寬需多塊鋼板拼接時(shí)，應(yīng)先焊橫焊縫，后焊縱焊縫，如圖2 所示。

圖2 合理安排焊接順序

圖2 中有四處焊縫，焊縫1、2、3 可互換焊接順序，但焊縫4 必須在焊縫1～3 焊接完成后才能進(jìn)行焊接，這是因?yàn)楹缚p1～3 焊接完成后會(huì)產(chǎn)生橫向收縮，再焊接焊縫4(產(chǎn)生縱向收縮)時(shí)已得到釋放。如果全部點(diǎn)焊后不論順序焊接，在丁字口處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，且鋼板焊后易產(chǎn)生波浪狀變形[3]。

(三)反變形措施

反變形措施常用在角焊縫的焊接中，特別是薄翼板與腹板的焊接，如圖3 所示的疊梁，疊板1、2厚度只有25 mm。在與腹板焊接時(shí)兩端易產(chǎn)生向腹板方向的翹曲變形，為了保證疊板1、2 中間的貼合面要求，采取反變形措施(見(jiàn)圖3a)，通過(guò)焊接熱輸入精確計(jì)算變形量b，這樣疊板1、2 與腹板焊接后基本能恢復(fù)到平直狀態(tài)(見(jiàn)圖3b)。

圖3 反變形措施

(四)對(duì)稱(chēng)焊縫采用對(duì)稱(chēng)焊接施工

對(duì)于截面形狀對(duì)稱(chēng)、焊縫分布均勻，且是對(duì)稱(chēng)構(gòu)件，應(yīng)采用對(duì)稱(chēng)焊接施工。如腹板上的筋板，筋板的兩側(cè)均與腹板焊接，因此焊接時(shí)應(yīng)由兩名焊工在筋板兩側(cè)同時(shí)施焊，這樣焊后筋板才能基本垂直于腹板，很少校形；否則焊完筋板一側(cè)再焊另一側(cè)，由于焊接變形，焊后筋板很難垂直于腹板，需大量火焰矯正。

二、減少焊接應(yīng)力的工藝措施

(一)焊縫尺寸的選擇

焊縫應(yīng)力是由焊接區(qū)域熱脹冷縮形成的，焊接區(qū)域越小，熱輸入就越少，變形也越小，如小角度坡口、厚板盡量采用雙面坡口。

(二)合適的焊接材料和焊接參數(shù)

焊材選擇適當(dāng)可有效降低焊縫中淬硬組織的形成和應(yīng)力集中，提高焊縫金屬的塑性、韌性和抗裂性能。通常都是使焊縫金屬的含碳量低于母材，依靠提高焊縫中硅、錳含量來(lái)達(dá)到與母材等強(qiáng)度[4]。焊接參數(shù)中的焊接線(xiàn)能量與焊接變形成正比，焊接線(xiàn)能量越大，則焊接時(shí)產(chǎn)生的塑性變形越大，應(yīng)力越大，焊后變形也越大，反之則越小[5]。

(三)合理的焊接工藝

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)焊縫，在可能的情況下將連續(xù)焊改成分段焊接，分段焊時(shí)在接頭處要交錯(cuò)覆蓋對(duì)方的接頭，避免接頭對(duì)齊。分段焊時(shí)注意焊接變形，溫度太高時(shí)要停下來(lái)緩冷或翻轉(zhuǎn)焊接背面；多件焊接時(shí)要先焊拘束度大的構(gòu)件，后焊拘束度小的構(gòu)件；三面焊接時(shí)可適當(dāng)?shù)馗淖兒附臃较颍瑥闹虚g向兩側(cè)焊接。

(四)熱處理措施

采取適當(dāng)?shù)臒崽幚泶胧饶芟龖?yīng)力和變形，又能防止產(chǎn)生裂紋。如厚板下料和焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，因?yàn)轭A(yù)熱可降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度，抑制淬硬組織馬氏體的形成，避免氣割邊緣和焊縫產(chǎn)生較大的應(yīng)力。如厚度大于100 mm 的低合金鋼板預(yù)熱溫度應(yīng)高于100℃，加熱范圍為切割線(xiàn)或坡口兩側(cè)150～200 mm。焊后進(jìn)行緩冷或后熱，以利于焊縫中擴(kuò)散氫的逸出，避免氫富集產(chǎn)生應(yīng)力，后熱溫度高于150℃，保溫2～3h。消除應(yīng)力的退火處理除了可使氫逸出外還能改善組織性能，退火處理溫度550℃～600℃。

(五)采取振動(dòng)時(shí)效的方法消除應(yīng)力

對(duì)于不易進(jìn)行焊縫退火處理的大型結(jié)構(gòu)件可進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效。振動(dòng)時(shí)效的原理是給工件施加一個(gè)與固有諧振頻率相一致的周期振動(dòng)力，使其產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生一定的共振能量，使工件內(nèi)部產(chǎn)生微小的塑性變形，將殘余應(yīng)力造成的歪曲晶格恢復(fù)到平衡狀態(tài)，從而消除或均勻化殘余應(yīng)力。使用該方法具有生產(chǎn)周期短、效率高，效果好等優(yōu)點(diǎn)[6]。如果生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，還可以采取振動(dòng)時(shí)效和自然時(shí)效相結(jié)合的辦法。

綜上所述，通過(guò)采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)措施和工藝措施，可以有效地控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形，保證工程質(zhì)量。

由于影響鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素較多，因此出現(xiàn)焊接變形也是難免的。具體問(wèn)題具體分析，將焊接變形控制在最小范圍之內(nèi)，不要影響到鋼結(jié)構(gòu)的尺寸精度和安裝技術(shù)要求。