張明霞

摘 要：由于焊接連接具有其他連接方法無法具備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且操作實(shí)施靈活，經(jīng)濟(jì)效益好，因此焊接連接的工藝技術(shù)方法得到人們的高度重視，焊接連接已成為現(xiàn)代金屬連接技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展迅猛的一種金屬加工工藝技術(shù)。但是焊接連接的工藝技術(shù)特點(diǎn)，又使得焊接結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形問題。在焊接結(jié)構(gòu)中，這是一種不可避免的缺陷。

關(guān)鍵詞：焊接變形；影響因素；控制措施

1 前言

隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，城市化建設(shè)水平的不斷提高，在焊接結(jié)構(gòu)施工中，焊接變形作為施工結(jié)構(gòu)質(zhì)量的控制和管理問題，是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域常見的技術(shù)性難題，往往會(huì)因?yàn)槠滟|(zhì)量和操作手段不專業(yè)等原因，引起結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平低下，嚴(yán)重影響了工程結(jié)構(gòu)建設(shè)，是一件值得引起重視和解決的問題，因此，加大對焊接結(jié)構(gòu)施工工藝的優(yōu)化和監(jiān)理，提升構(gòu)件質(zhì)量，對于我國建筑構(gòu)件的良性發(fā)展起著關(guān)鍵作用，同時(shí)，高質(zhì)量的焊接技術(shù)工程是保證結(jié)構(gòu)建筑品質(zhì)的關(guān)鍵，對創(chuàng)造人們現(xiàn)代安全便捷的生活建筑環(huán)境具有重要意義。

2 焊接變形的影響因素

2.1 材料因素的影響

料的熱物理性能和力學(xué)性能參數(shù)都會(huì)影響到材料的焊接變形。其中熱物理性能的影響主要是熱傳導(dǎo)系數(shù)對材料焊接變形的影響，通常熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，材料溫度變化越大，焊接變形現(xiàn)象就越明顯。相對于熱物理性能，力學(xué)性能對材料焊接變形的影響就比較復(fù)雜，其中熱膨脹系數(shù)的影響是最大的。當(dāng)材料的熱膨脹系數(shù)增加時(shí)，焊接變形的程度也就增大。此外，力學(xué)性能中的屈服極限和彈性模量的變化也會(huì)在一定程度上影響材料的焊接變形。材料的彈性模量和焊接變形成反比例關(guān)系，也就是說隨著彈性模量的增加，焊接變形反而會(huì)降低。

2.2 結(jié)構(gòu)因素的影響

焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對焊接變形的影響最關(guān)鍵，也是最復(fù)雜的因素。其總體原則是隨拘束度的增加，焊接殘余應(yīng)力增加，而焊接變形則相應(yīng)減少。結(jié)構(gòu)在焊接變形過程中，工件本身的拘束度是不斷變化著的，因此自身為變拘束結(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到外加拘束的影響。一般情況下復(fù)雜結(jié)構(gòu)自身的拘束作用在焊接過程中占據(jù)主導(dǎo)地位，而結(jié)構(gòu)本身在焊接過程中的拘束度變化情況隨結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加而增加，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，常需要采用筋板或加強(qiáng)板來提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性，這樣做不但增加了裝配和焊接工作量，而且在某些區(qū)域，如筋板、加強(qiáng)板等，拘束度發(fā)生較大的變化，給焊接變形分析與控制帶來了一定的難度。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)針對結(jié)構(gòu)板的厚度及筋板或加強(qiáng)筋的位置數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化，對減小焊接變形有著十分重要的作用。

2.3 工藝因素的影響

焊接工藝對焊接變形的影響方面很多，例如焊接方法、焊接輸入電流電壓量、構(gòu)件的定位或固定方法、焊接順序、焊接胎架及夾具的應(yīng)用等。在各種工藝因素中，焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊戄^為顯著，一般情況下，改變焊接順序可以改變殘余應(yīng)力的分布及應(yīng)力狀態(tài)，減少焊接變形。多層焊以及焊接工藝參數(shù)也對焊接變形有十分重要的影響。焊接工作者在長期研究中，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，利用特殊的工藝規(guī)范和措施，達(dá)到減少焊接殘余應(yīng)力和變形，改善殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的目的。

3 焊接變形的控制

3.1 設(shè)計(jì)措施

（1）合理地選擇焊接的尺寸和形式。焊接尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變形的大小。焊縫尺寸大，不但焊接量大，而且焊接變形也大，因此，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。對于受力較大的丁字接頭和十字接頭，在保證相同的強(qiáng)度條件下，采用開坡口的焊縫可以比一般角焊縫減少焊縫金屬，對減小變形有利。（2）盡可能減少不必要的焊縫。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，合理地選擇筋板的形狀，適當(dāng)?shù)匕才沤畎宓奈恢?，力求焊縫數(shù)量少，避免不必要的焊縫，從而減小焊接變形。

3.2 工藝措施

（1）焊前預(yù)防措施。焊前預(yù)防主要包括預(yù)防變形、預(yù)拉伸法和剛性固定組裝法。預(yù)變性法或稱反變形法是根據(jù)預(yù)測的焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時(shí)造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)、方向相反的預(yù)變形量（反變形量），焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形量，使構(gòu)件恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求的幾何形狀和尺寸。

預(yù)拉伸法多用于薄板平面構(gòu)件，焊接時(shí)在薄板有預(yù)張力或有預(yù)先熱膨脹量的情況下進(jìn)行的。焊后，去除預(yù)拉伸或加熱，薄板恢復(fù)初始狀態(tài)，可有效地降低焊接殘余應(yīng)力，控制焊接變形。預(yù)熱的作用在于減小溫度梯度，不同的預(yù)熱溫度在降低殘余應(yīng)力的作用方面有一定的差別，預(yù)熱溫度在300 ℃～400 ℃時(shí)，在鋼中殘余應(yīng)力水平降低了30 %～50 %，當(dāng)預(yù)熱溫度為200 ℃時(shí)，殘余應(yīng)力水平降低了10 %～20 %。剛性固定組裝法是采用夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡可能地固定，可有效地控制待焊構(gòu)件的角變形與彎曲變形等。

（2）焊接過程控制措施。焊接過程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接規(guī)范參數(shù)，選擇合理的焊接順序以及采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊碾壓、隨焊跟蹤激冷等措施。選擇線能量較低的焊接方法以及合理地控制焊接規(guī)范參數(shù)可以有效地防止焊接變形。采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊碾壓、隨焊跟蹤激冷等措施可以降低殘余應(yīng)力和減小焊接變形。采用隨焊兩側(cè)加熱，橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變和最大剪切應(yīng)變的分布更加均勻，變化更加平緩，起到減小焊接殘余應(yīng)力和變形的作用。隨焊碾壓法由于設(shè)備復(fù)雜、使用不便等原因，在生產(chǎn)應(yīng)用中受到一定的限制，但該方法在提高焊接變形等方面具有理想的效果。隨焊激冷法能夠顯著地降低殘余應(yīng)力和減少焊接變形。

（3）焊后矯正措施。當(dāng)構(gòu)件焊接后，只能通過矯正措施來減小或消除已發(fā)生的殘余變形。焊后矯正措施主要分為加熱矯正法和機(jī)械矯正法。加熱矯正法又分為整體加熱和局部加熱。整體熱矯正是指將整體構(gòu)件加熱至鍛造溫度以上再進(jìn)行矯正的方法，可用以消除較大的形狀偏差。但是焊后整體加熱容易引起冶金方面的副作用，限制了該方法的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。

局部熱矯正多采用火焰對焊接構(gòu)件局部加熱，在高溫處，材料的熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約，產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，冷卻后收縮，抵消了焊后部位的伸長變形，達(dá)到矯正目的，火焰加熱法采用一般的氣焊焊炬，不需要專門的設(shè)備，方法簡便靈活，因此在生產(chǎn)上廣為應(yīng)用。此外，還有利用機(jī)械力或沖擊能等進(jìn)行焊接變形矯正，包括靜力加壓矯直法、焊縫滾壓法、錘擊法等。

4 結(jié)束語

只要在實(shí)際焊接生產(chǎn)中充分掌握了焊接變形的規(guī)律和預(yù)防焊接變形的措施，就能夠最大限度地減少焊接變形，從而降低矯正焊接變形的工時(shí)，提高整體焊接生產(chǎn)的工作效率。因此，加強(qiáng)對建筑構(gòu)件工藝中焊接技術(shù)和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的優(yōu)化是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，在對焊接技術(shù)施工機(jī)械和施工技術(shù)方案的檢驗(yàn)和審查以及施工過程中，就焊接環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)理，以便及早發(fā)現(xiàn)問題，“防患于未然”。