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钢结构焊接变形的原因和防止措施 ;午 皇0 硅}一 I997年第1期 钢结构焊接变形的原因和防止措施 杭州制氧机集团有限公司胡海青-厂 A摘要 皋文竹对钢结构焊接变的产生碌田,防止措施和矫正作一初步探讨. 钢结构的连接方法很多,主要有焊接, 铆接及螺栓连接三种.近几十年来,随着焊 接设备及焊接技术的不断提高和发展,焊接 已广泛地替代了铆接和螺栓连接.因为使用 焊接的方法连接钢结构,既不削弱杆件截面 又节约钢材,节省工作量,同时加工简单,适 用于形状复杂的各种构件,所以已成为一种 最重要的连接方法.但是,焊接的缺点除了 质量检验较为困难外,还容易引起构件变形 和存留残余应力. 一 ,钢结构焊接变形的原园 焊接中最常用的是电弧焊,它主要利用 电弧所产生的高温(约600Q~7000~C),使焊 缝周围的母材和引发电弧的焊条加以逐渐熔 化(熔点约在1500~C),熔化的钢水互相混台, 冷却后,两块被连接的母材便被牢固地凝结 成一体.而连接部位则形成了焊缝.焊接中 加热部位仅仅局限于焊缝附近,母材本身的 温度则要低得多,大型构件基本上相当于室 温,两者温差在1000~以上.因这种加热是 极不均匀的,其后果往往产生变形和留存残 余内应力.焊接变形的几种形式如图l所示 根据焊接过程本身的特点,我们分析其 原因,主要有三点一 1.焊接时,受热熔化的部分母材和焊 条形成的钢水冷凝时体积缩小,产生收缩变 形. 2.焊接前后,受热和冷却不均匀,引起 热变形. 一:一 囤l焊接变开j的几种开j式 3.由于高温,构件材料本身发生组织变 化从面引发相变应力. 如果上述变形受到构件本身或外界的束 缚,不能自由收缩,就会产生残余内应力. 残余应力的存在不但使应力周围区域容易产 生应力腐蚀,同时也有可能产生焊接裂缝. 而且这些应力在构件机械加工后也依然存 在,会继续引发其它问题. 那么加热和冷却的不均匀又是如何引起 变形相产生内应力的呢?对于均匀受热又处 于自由状态的钢棒,其加热冷却的形状变化 如图2所示.由于钢棒在加热对均匀受热又 未受任何约束,所以伸长是自由的,同样均 匀冷却时,钢捧收缩也是自由的.当冷却到 原有温度,它的外形尺寸就会恢复复蓟原有 状态.?t 如果加热是不均匀的,虽然未受约束, 冷却后仍会产生变形,特别是对于薄板(如 图3所示),对准中部加热,冷却后薄板就 瘫 蚌械桷机纯州 . 钠杭 199年第1期杭州机械2l 由露南雨审 图2钢棒的变形示意 图3薄板的变形示意 A一加热前,B一加热后 会产生扭挠不再平整.长而薄的钢板更会因 此而引起波浪状变形. 还有一种情形是焊接件两端固定受热, 如图4所示.由于两端固定,焊件的伸长和 收缩都受到限制.当加热温度所造成的压缩 应力不超过其弹性极限时,冷却后原则上不 存在残余内应力和变形.一但加热后造成的 压应力超过弹性极限,就会引起变形,冷却 后焊件内部会留存残余内应力,外部形状也 会存在残余变形. 在实际焊接中,焊件的受热和冷却都是 不均匀的.同时,焊件伸缩常常受到本身或 外界的束缚.上述例举的各种情况也往往兼 而有之,综合作用之下更加容易出现变形, 而且一旦不能充分伸缩,就会产生残余应力, 留下一定的隐患. 固4焊接件两端固定示意 =,减少变j黪的几种措施 根据变形和应力产生的几种情况和原 因,为减少焊接件在焊接后的变形和残留内 应力,除了在设计上注意采用焊接工艺好的 结构外,还可以从以下几个方面加以考虑0 1.预先用固定的夹具把构件两端压紧 或夹紧(如图5A),从而防止焊接后的变形. 但要注意,对于较为单薄的结构,在冷却后, 因为内应力过大,有时会把焊缝拉裂. 2.焊接前,将焊接件摆放成与焊后变形 相反的形状(如图5B).如果相反量适当,那 么焊后在焊缝处的收缩会大致形成比较平直 的状态. 3.采用人工时效,通过遇火处理,来消 除残余应力. ,孽享尊∈;; 晦;,j ^;;;; B 圈5减少变形的方法示意 4.选择合理的焊接顺序.在焊接一个焊 缝较多的构件时,粗看起来可以由焊工自由 处理,按其方便选择焊接顺序.其实不然, 我们发现选择合理的焊接顺序,就有可能抵 消或减少由于各条焊缝所引起的变形. 回_-__E0 - 图6选择合理的焊接顺序 如图6A所示,在焊接多块拼接的平板 时,应先焊所有的横向焊缝I,因为横向焊 缝收缩量较大,应先在横向焊缝得到较好的 收缩后再焊纵向搭接焊缝Ⅱ,并从中心向外 依次焊接.这样焊后变形较小. 对于有对称焊缝的构件(见图6B),要 尽量注意焊接顺序,使焊接变形相互抵消. 因为这种方法增加了构停翻身次数,实际 工作中,人们常怕麻烦而不予采用,但此种 (下转第34页) 杭州机械 修改,将需要强制性台格评髭『拘机械产品类 别的附件Ⅳ由12类扩大为l7类. 其次,每年强制性的指令