焊接变形分析及预防探讨

摘要：钢件焊接施工是现在比较常见的一种技术，在构件焊接过程中往往会因为急剧非平衡解热与冷却，导致结构产生非常明显的焊接残余变形，对整个构件的设计、制作生产以及使用的可靠性有着密切的联系。造成焊接变形的原因很多，在焊接过程中管理工作稍有漏洞，就会出现变形病害，必须要确定变形出现的原因，并确定合理的措施进行改善。本文对焊接变形原因以及预防措施进行了分析。

关键词：焊接变形；构件；影响因素

焊接为钢结构制作与连接的主要技术，现在已经被广泛的应用到钢结构制作与安装工艺中。受焊接施工特点影响，对焊接施工技术有较高的要求，管理工作不到位，就会出现焊接变形，不但会对钢结构外观以及使用性能造成影响，严重的甚至会导致整个焊件报废，影响企业经济效益。因此，在钢构件焊接施工时，必须要明确各项影响因素，并做焊接技术的控制，提前预防变形病害的发生，保证焊接结果满足要求。

1.焊接变形概述

焊接技术主要作用是完成钢结构的制作，已经完成构件的连接，在焊机而过程中，构件局部受到高温加热，以及焊机而后的快速冷却，容易在构件的焊缝附近以及母材近缝处产生热应力变形与压缩塑性应力变形，整个过程在构件内部产生了内应力，最终会导致构件发生变形[1]。常见的构件变形有弯曲变形、纵向变形、横向变形以及扭曲变形等，在实际施工过程中对于不同构件的焊接处理，往往出现的变形是相互影响的，并不是完全独立的存在。造成焊接变形的原因很多，对构件的制作生产以及使用造成的影响比较大，为保证构件处理效果，必须要确定造成焊接变形的原因，并选择合适的措施进行管理，减少变形情况的发生。

2.焊接变形原因分析

2.1结构因素

焊接结构设计合不合理对焊接变形存在很大的影响，随着拘束度不断增加，焊接残余应力也在增加，而焊接变形则逐渐减少。构件在发生焊接变形时，其本身的拘束度在不断变化。一般情况下，结构设计相对复杂的构件，在焊接过程中其拘束度占有主导地位，焊接时拘束度的变化也会受结构设计的复杂程度而增加。因此，在对结构设计相对复杂的构件进行焊接时，会选择用筋板与加强板来提高结构的稳定性与刚性，与普通设计构件相比，焊接工作量更大，并且对于部分拘束度发生变化比较大的部位，如筋板、加强板等，增加了焊接变形与控制的难度[2]。因此，为减少焊接变形情况的发生，应做好对构件设计的优化。

2.2方法因素

不同的钢构件焊接处理时选择的方法不同，造成的影响也就不同，例如在建筑钢结构焊接时，一般会选择用埋弧焊、手工电弧焊以及CO2气体保护焊等，在焊接时除了会产生电渣，埋弧焊处理时会还会伴随着大量的输热量，并且在其他条件相同的情况下，收缩变形最大[3]。在对钢构件进行焊接时，如果电流大、焊条直径粗等特点，导致焊接速度降低，很有可能加大焊接缝。或者在对厚钢板进行焊接时，以手工焊接方法最佳，与自动焊接方式相比引起的变形量要更小。对于部分需要采取多层焊接处理时，应着重注意第一层焊接处理，一般情况下首层焊接收缩变形情况最大，第二层与第三层只占到第一层变形的20%和5%～10%，因此应合理控制焊接层数，随着焊层数的增加焊接变形越明顯。

2.3接头因素

在焊缝截面积、焊接热输入等方面因素相同时，不同的接头形式对纵向、横向以及角变形量造成的影响不同，常用的焊接方式包括角焊、堆焊等。第一，在进行表面堆焊时，焊缝金属横向变形受纵横向母材约束，焊缝收缩时还会受到深度以及板厚等因素影响，变形情况比较小。第二，T形角接接头与搭接接头焊接施工时，横向收缝值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。

3.焊接变形处理预防措施分析

3.1加强设计管理

首先，应合理选择焊接形式与尺寸，焊接尺寸直接影响到焊接变形情况，并且焊缝尺寸越大工作量越大，因此在保证结构承载能力的基础上，在进行设计时应尽量选择用小的焊缝尺寸。其中，对于受力比较大的十字接头与丁字接头，在进行设计时，应保证在强度相同的条件下，选择用开坡口的焊缝，可以有效减小焊缝变形。其次，应合理确定焊缝位置，尽量将其安排在对称于界面中性轴的位置，或者时尽量将焊缝接近中性轴，可以有效改善梁、柱等类型结构的挠曲变形。最后，应尽量减少不必要的焊缝，控制好筋板的形状，合理选择筋板设置位置，减少焊缝数量，减少构件的焊接施工，进而能够有效预防焊缝变形情况的发生。

3.2加强工艺管理

首先，在焊接施工前应做好预防工作，包括预防变形、预防拉伸以及刚性固定组装等。其中，预防变形即提前预测焊接变形的大小与方向，然后在待焊构件装配时造成与焊接残余变形大小相同并且方向相反的预变形量，保证可以在焊接后残余变形与预变形量相互抵消，使构件恢复早设计要求的几何尺寸与形状。其次，在构件焊接过程中，应结合实际需求合理选择焊接方式，并确定焊接规范参数、焊接顺序，并采用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷等措施。一般情况下可以选择用线能量比较低的焊接方式，可以有效防止焊接变形，而选择用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷等措施，可以有效降低残余应力并减小焊接变形。最后，构件焊接处理完毕后，通过合理的矫正措施来减小或者消除存在的参与变形，矫正方法主要分为加热矫正法与机械矫正法两种，其中加热矫正法又可分为整体加热与局部加热，而机械矫主要包括静力加压矫正法、锤压法以及焊缝滚压法。

4.结束语

焊接是钢构件处理的主要技术之一，为避免焊接变形的发生，应采取合理的焊接节点构造设计措施与技术措施，争取更好的完成钢结构焊接变形额控制，保证施工处理结果满足工程质量要求。就焊接变形现状来看，虽然取得了一定的效果，但是还需要做进一步的研究，通过对各类影响因素的分析，争取能够更好的完成焊接变形的控制。

参考文献：

[1]吴峰，张艳.汽车起重机装饰杠焊接变形分析及预防和矫正[J].焊接技术，2010，04：69-70.

[2]吉沐园.薄不锈钢板激光焊接变形分析及控制[D].江南大学，2011，32：65-66.

[3]盛陈.起重机塔身标准节焊接变形分析及控制方法[J].工程机械与维修，2013，08：22-23.

作者简介：王铎，助理工程师 。