淺談結構件焊接變形的控制

陳曉

摘要：在鋼結構件制做過程中，焊接變形是不可完全避免的，其焊接變形嚴重影響著結構件的制造精度、加工效率及成本控制；同時，結構件的焊接變形還會增加結構件的內應力，并對焊道引起拉傷、撕裂、扭曲、彎折等危害，弱化了結構件的整體強度。本文從焊接變形產生的機理、結構件結構設計原則、焊接變形的控制及焊接變形的矯正等幾個方面，闡述了結構件焊接變形的控制，以得到牢固、合格的產品。

關鍵詞：結構件；焊接；設計；變形；矯正

1引言

鋼結構件制作作為我國現階段社會主義市場經濟發展中非常重要的組成部分，長期以來我黨及其政府部門對其進行了大量的人力、物力和財力方面的投人，取得了非常顯著的成果。隨著現階段科學技術的快速發展，在其鋼結構件制作的過程中不斷引進現代化的施工技術成為現階段經濟發展的必然需求。

2焊接變形產生的機理

眾所周知，焊接過程是利用電弧熱、物理熱、化學熱等熱能將母材金屬及焊材融化形成焊接熔池，熔池凝固形成焊縫，本質是一個冶金過程。焊接熔池體積小，冷卻速度快，所以焊縫金屬中容易形成氣孔、裂紋、夾渣等缺陷。焊接過程的特點使得結構件在焊接過程進行中，當局部受熱時，因受其周圍構件約束不能充分伸展，產生壓力收縮而產生應力，使焊件產生彎曲變形。故焊接過程結束后，構件內部存在應力，既存在著彈性變形，也存在著塑性變形，可以說這些應力和應變的產生是不可避免的，因此我們應利用焊接機理對焊接結構件從結構設計、焊接工藝因素兩個方面控制其對焊接變形的影響。

3焊接變形的類型及成因

3.1收縮變形

焊件尺寸比焊接前縮短的現象稱為收縮變形，可分為縱向縮短和橫向縮短，是最基本的焊接變形，主要在簡單結構的焊接件中出現，由焊接件外形尺寸收縮引起。

3.2角變形

焊接角變形是沿焊縫軸線垂直方向變形形成的凸形或凹型棱角變形，主要出現在圓筒形、球形容器的焊接中，由焊縫截面形狀上下不對稱造成的焊縫橫向收縮在厚度方向上不均勻分布所引起。

3.3彎曲變形

彎曲變形主要是指因結構上的焊縫布置不對稱或焊件斷面形狀不對稱、焊后縱向焊縫收縮引起的變形，多出現在焊接次序不合理的焊接件或焊縫分布不對稱及焊接件外形細長且橫截面的上下尺寸相差較大的結構件焊接中。

3.4波浪變形

板厚小于6mm的薄板焊接過程中，易出現波浪變形，由焊縫收縮使薄板局部產生較大的壓應力而失穩引起。因一級給進滑架沒有小于6ram的薄板，故在其焊接過程中未出現波浪變形。

3.5扭曲變形

在多條平行的長焊縫的焊接中，扭曲變形最易出現。扭曲變形產生的原因主要是沿焊縫長度方向角變形分布不均勻，如一級給進2組軌道焊后易產生扭曲變形。

4控制焊接結構件變形的主要措施

4.1設計方面

（1）盡可能減少焊縫的數量。減少焊縫數量可以明顯減小焊接變形。但工程機械工況惡劣，結構件強度要求高，焊縫數量之多就不可避免。

（2）選擇合理的焊縫尺寸和形狀。對于板厚較大的采用x型坡口。x型坡口的熔敷金屬量大約比v型坡口少1/2。對于更大板厚采用u型坡口或者雙u型坡口，以減少焊接變形。主梁底板和上蓋板板厚為15mm，對接焊縫位置采用x型坡口焊接，再加上一定的工裝設備，變形量得到有效地控制，而且焊縫的合格率也提高了。在保證結構有足夠承載能力的前提下，盡可能減小焊縫尺寸。受力較大的T型接頭或者十字接頭，采用開破口角焊縫比一般角焊縫可以大大減少焊縫的焊接變形。轉臺立板與底板間的焊縫、轉臺立板與橫加強板間的焊縫、主梁側板與底板間的焊縫等等都采用了坡口角焊縫，一方面減少了焊接變形，另一方面保證了焊縫的熔深，提高了質量。

（3）合理的選擇結構形式和焊縫位置。合理的焊縫位置設計可以減小焊接變形。如焊縫安排對稱與截面中心軸、平行于焊接變形較小的方向、設計盡可能少的焊接量、選擇合理的平板厚度等等。

4.2選擇合理的焊接熱輸入

通常而言，熱輸入越大，焊件輸入的熱量也越多，焊件的變形程度就越大。可以使用加熱面積小、能量集中的焊接方法，通常用多層焊來代替單層道焊，用斷續焊、退焊和跳焊代替連續焊。在保證焊縫質量的前提下，焊接熱輸入盡量選小一些，這樣能夠降低焊件的熱量輸入，而且將變形程度降到最低。

4.3焊接變形控制

（1）正確選擇裝焊順序。焊接結構變形大小與其本身剛性大小是成反比的，而焊接結構的剛性是在裝配與焊接過程中逐漸加大的，結構整體的剛性總是比零部件的剛性大，故在焊接鋼構件時，應盡可能先裝配成整體后再焊接。如：工字梁或H形鋼的拼接，即可采取先裝配后焊接的工序，裝成工字梁或H形鋼后其剛性較強，焊后四條焊縫的縱向收縮一致，故其彎曲變形較小。

（2）正確選擇焊接順序和焊接方向。一般先焊的焊縫易使結構產生變形，因結構的剛性隨著焊接的進行而加強，而先焊的焊縫結構剛性較小，易產生變形。

（3）剛性固定法。鋼板對接焊時，因焊縫收縮不一，易出現角變形或接口錯位，通常采用加“馬”來控制焊后變形。簡體和底板對接焊時易出現錯位，也可采取此法來處理。簡體和底板在組裝時，為了預防通長焊縫的過大變形，在施焊前點焊了一些楔鐵，對其相鄰未焊的長邊，也通過適當點焊幾個楔鐵控制其變形。

（4）反變形法。反變形法是在焊接前將焊件預制一個反變形，使這個變形與焊后變形恰恰相反、大小相等，從而達到抵消焊接變形的目的。

5結論

綜上所述，我們對焊接結構件的質量控制過程有了詳細的了解，在實際的操作過程中，我們要熟練掌握結構件焊接的影響因素和其作用規律，保證每一個構建的加工都符合質量要求，使焊接結構件的質量得到有效控制。