建筑钢结构焊接应力变形控制.docx

建筑钢结构焊接应力变形控制【摘要】在焊接过程中焊件将发生变形随着变形的产生焊件内的应力状态也发生变化而焊完并冷却后所留下的变形不是暂时的而是残余的。通常焊接的残余变形和应力是同时存在的但在一般焊接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多它使焊件或部件尺寸改变而无法组装使整个构件丧失稳定而不能承受荷载使产品质量大大降低而矫正却要浪费大量的人力和物力有时还导致产品的报废。同时焊接裂纹的产生往往和焊接残余应力和焊接变形有着密切的关系。【关键词】建筑钢结构焊接应力变形控制一、产生原因分析1.焊接应力焊缝温度冷却至室温后在整个接头区内焊缝及近缝的拉应力与母材的压应力区域达到平衡这时应力状态称为焊接残余应力形成焊接应力。2.焊接变形在焊接应力的作用下如果焊件的约束较小则焊件会产生形影的尺寸变化或弯曲或翘曲变形称为焊接变形。3.焊接应力与焊接变形产生原因在焊接过程中在不均匀加热使得焊缝及其附近的温度很高而远处大部分金属不受热其温度接近室内温度。这样不受热的金属部分便阻碍了焊缝及近缝金属的膨胀和收缩因而焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向）就造成了焊接结构的各种变形。金属内部晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形这也是产生焊接应力与变形的根本原因。4.焊件残余应力与变形危害在焊接过程中焊件将发生变形随着变形的产生焊件内的应力状态也发生变形而焊完并冷却后所留下的变形不是暂时的而是残余的。通常焊接的残余变形和应力是同时讯在的但在一般焊接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多它使焊件或不见尺寸改变而无法组装使整个构件丧失稳定而不能承受荷载使展品质量大大降低而矫正却要浪费大量的人力和物力有时还导致产品的报废。同时焊接裂纹的产生往往和焊接残余应力和焊接变形有着密切的关系。有的金属由于焊后产生了残余应力而使其适用性能大为下降从而对这类金属的焊件生产工艺上就存在大量困难。因此在制造焊接结构时必须充分了解焊接时应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律以控制和减小它的危害。二、钢结构焊接应力、变形分析与控制1.焊接变形的控制措施全面分析各因素对焊接变形的影响掌握其影响规律即可采取合理的控制措施。（1）焊缝截面积的影响焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大冷却时收缩引起的塑性变形量越大焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的而且是主要的影响因素因此在板厚相同时坡口尺寸越大收缩变形越大。（2）焊接热输入的影响一般情况下热输入大时加热的高温区范围大冷却速度慢使接头塑性变形区增大。（3）焊接方法的影响多种焊接方法的热输入差别较大在建筑钢结构常用的集中焊接方法中除电渣焊以外埋弧焊热输入量最大；在其他条件如焊缝断面积等相同情况下埋弧焊收缩变形最大手工电弧焊居中CO2气体保护焊最小。（4）接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。①表面堆焊时焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母线的约束而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束因此变形相对较小。②T型角接接头和搭接接头时其焊缝横向收缩情况与堆焊相似其横向收缩值与角焊缝面积成正比与板厚成反比。③对接接头在单道（层）焊的情况下其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大在单面焊时坡口角度大板厚上、下收缩量差别大因而角变形较大。双面焊接时情况有所不同随着坡口角度和间隙的减小横向收缩减小同时角变形也减小。（5）焊接层数的影响①横向收缩；在对接接头多层焊接时第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律第一层以后相当于无间隙对接焊接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似因此收缩变形相对较小。②纵向收缩；多层焊接时每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多加热范围窄冷却快产生的收缩变形小得多而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束因此多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多而且焊的层数越多纵向变形越小。在工程焊接实践中由于各种条件因素的综合作用焊接残余变形的规律比较复杂了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况作具体的综合分析。所以了解焊接变形产生的原因和影响因素则可以采取以下控制变形的措施：a.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（角度或者间隙）。b.对屈服强度345MPa以下且硬性不强的钢材采用