控制焊接变形和焊接应力的措施

控制焊接变形和焊接应力的措施

于洪涛1李治2

(山东电力建设第三工程有限公司山东省青岛市崂山区266100)

摘要：焊接是一种特殊而又重要的加工工艺，随着焊接技术的发展，一个重要技术课题是控制焊接件的焊接变形以提高产品制造精度，使焊件焊后加工量减少或不加工即可用于精度要求高的机械产品中，因此，了解焊接应力产生机理，掌握结构件焊接变形规律，在焊接工艺中采取措施进行控制和消除，从而保证焊接质量。本文主要探讨了焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施，以供参考。

关键词：控制焊接变形；焊接应力；措施

导言

在建筑工程钢结构日益发展的今天,形式各样的焊接机械、焊接方法日新月异,焊接技术和焊接质量成了一个关键的课题。但是在施工过程中,由于焊接过程产生的焊接应力和焊接变形,严重影响着工程的质量、工程的安装进度和结构承载力(即使用功能),因此,需要采用合理的焊接方法和焊接工艺加以控制。建筑工程钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程,但由于不均匀温度场,导致焊件不均匀的膨胀和收缩,从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。

1焊接变形的概念

焊接变形主要是指在焊接过程中由于焊接工作而导致的焊接件变形。焊接变形的开始时间是焊接开始的一瞬间。焊接变形结束的节点是焊接结束后焊接件的温度降低到焊接初始温度。焊接变形有两种情况，第一种是焊接过程中出现的焊接变形；第二种是焊接完成后出现的焊接变形。

2焊接应力的概念

焊接应力主要指的是焊接过程出现的焊接件内部的结构应力，同时焊接完成后焊接件内部还会产生少量的焊接应力。焊接应力的出现也是在焊接开始的时候，焊接应力会随着焊接的进行而发生变化，焊接应力的分布没有规律，会随着焊接的进行而随时发生变化。

3焊接应力与焊接变形产生的原因

由于焊接温度发生了变化使焊件热胀冷缩，从而焊件之间相互约束，故在焊缝周围就会产生互相阻碍约束的力。焊接应力当焊接应力超出弹性极限时，焊接变形不能随应力的消除而消失，就会残留在焊件里。在焊接过程中，当焊条加热融化时会引起焊缝周围局部温度过高，在熔池的高温材料会受热膨胀，在膨胀过程就会产生变形。同时，在冷却过程中，由于周围材料的限制，不能使之前发生变形的那部分材料自由收缩，这在不同程度上又会产生拉伸变形。

4焊接应力的分类

4.1接应力在焊件空间位置

一维空间应力沿着焊件—个方向作用;二维空间应力应力在—个平面内不同方向上作用;三维空间应力应力在空间所有方向上作。

4.1.2按产生应力的原因

热应力它是在焊接过程中，焊件内部温差所引起应力，随着温度的消失而消失，并且是引起热裂纹的力学原因。

相变应力焊接过程中，局部金属发生相变，相比容增大或减小而引起的应力。

塑变应力在焊接过程中，在近逢高温区的金属收到热胀冷缩受阻生产的塑性变形。

4.2焊接变形

4.2.1焊接变形特点

焊接是不均匀的加热过程，热源只集中在焊接部位，且以—定速度向前运动，局部受热膨胀金属能引起焊件在空间发生各种形态的变形，焊缝凝固和冷却发生收缩，变形是在焊接开始便产生，并随着焊接热源的移动和焊件上温度分布变化而变化。焊接变形与焊件的形状尺寸、焊缝在工件的位置、焊缝的坡口形状、材料的热物理性能以及加热条件有关。

4.2.2焊接变形的分类

焊接过程中随着时间而发生的变形称为焊接瞬间变形，工件焊完冷却后，焊件上残留的焊接变形为焊接变形，我们更注重焊接变形，它对焊件质量和使用性能产生影响。一般焊接变形分为以下几种：

4.2.2.1横向收缩变形：垂直与焊缝方向的收缩。

4.2.2.2纵向收缩变形：焊接方向的收缩。

4.2.2.3扭曲变形：焊接细长构件时，时构件绕自身轴线发生扭转。

5焊接应力、焊接变形的控制措施

5.1焊接应力的控制措施

构件焊接时产生瞬时内应力,焊接后产生应力,并同时产生变形,这是不可避免的现象。焊接变形的矫正费时费工,构件制造和安装企业首先考虑的是控制焊接变形,往往对控制焊接应力较为忽视,常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制焊接变形,与此同时实际上是增大了焊后的应力。对于一些本身刚性较大的构件,如板厚较大,截面本身的惯性矩较大时,虽然焊接变形会较小,但却同时产生较大的焊接内应力,甚至产生焊接裂纹。因此,对于一些构件截面厚大,焊接节点复杂,拘束度大,钢材强度级别高,使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布,其控制措施有以下几种:减小焊缝尺寸;减小焊接拘束度;采取合理的焊接顺序;降低焊件刚度,创造自由收缩的条件;锤击法减小焊接应力;采用抛丸机除锈。

5.2减小焊缝截面积

在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下,尽可能采用较小的坡口尺寸(角度和间隙)。对屈服强度345MPa以下,淬硬性不强的钢材采用较小的热输入,尽可能不预热或适当降低预热、层间温度;优先采用热输入较小的焊接方法,如CO2气体保护焊。厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。在满足设计要求情况下,纵向加强肋和横向加强肋的焊接方法可采用间断焊接法。双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。采用刚性夹具固定法控制焊后变形。采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形,如H形纵向焊缝每米长可预留0.5mm～0.7mm。对于长构件的扭曲,主要靠提高板材平整度和构件组装精度,使坡口角度和间隙准确,电弧的指向或对中准确,以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时,要采取合理的焊接顺序。设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸,合理布置焊缝,除了要避免焊缝密集以外,还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴,并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

5.3控制焊接应力的产生

虽然在焊接过程中避免焊材和母材之前发生形变和产生焊接应力是不可能的，但是根据不同材质以及焊接材料的选择上，同时利用不同材质的有机机理可以在一定程度上缓和形变和焊接应力的产生，可以使得其危害程度发生在最小。

一般情况下对于控制焊接应力的产生可以通过2个途径来完成，分为物理方法和化学方法。2种方法都只有一个目的，就是使得焊件上的热量尽量均匀分布以减少对焊口收缩所带来的副作用。化学方法是采用焊接前预热技术，因为局部范围内温差越高对凝固后产生的变形越大，对母材和焊材进行一定温度的预热可以避免凝固后所带来的变形，同时焊缝内凝固得速度越快越容易产生形变。预热又分为整体预热和局部预热，整体预热通常适用那些刚性比较大的母材，因为如果适用局部加热可能会使得局部热量过高，反而会影响焊接质量。而物理方法主要包括合理的装置和焊接顺序的安排，留出最佳合适的焊口，这样会给焊材的熔化膨胀和凝固收缩提供一定的余地，这样就可以有效地控制焊接应力的产生。

结语

综上所述，在焊接技术施工的过程中，需要采用科学合理有效的焊接方法以及相应的控制措施，减少其焊接之后的应力以及变形。相关的焊接技术施工人员要不断的在工程实践中总结经验，保证焊接工程的质量。一定要了对于焊接变形以及应力的产生要相应的减少，提高其焊接技术的质量。保证产品的高质量。加强对于焊接技术的应用，有利于我国科学技术的发展。

参考文献:

[1]姜留军.浅谈钢结构焊接应力、变形的控制[J].企业家天地(下旬刊)，2011,(02).

[2]刘春明.浅谈焊接应力与变形的形成的控制措施[J].科技创业家，2011,(1).