鋼(gang)結構焊(han)接變形(xing)與控制矯正

鋼結構(gou)連接(jie)(jie)(jie)(jie)普(pu)遍采(cai)用(yong)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，且對于(yu)一(yi)些重要焊(han)(han)縫一(yi)般都采(cai)用(yong)全熔透焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)。金屬焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時(shi)在局部(bu)加熱、熔化過程(cheng)中，加熱區(qu)的(de)金屬與周邊的(de)母材溫(wen)度(du)相差(cha)很大，產(chan)生焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中的(de)瞬時(shi)應(ying)力。

冷(leng)卻(que)至原始溫(wen)度后，整個(ge)接頭(tou)區焊縫及近縫區的(de)拉應(ying)力區與母材在(zai)壓應(ying)力區數值達(da)到平衡(heng)，這就(jiu)產生了(le)結構(gou)本身的(de)焊接殘(can)余應(ying)力。

此時，在焊接應(ying)力的(de)作用下焊接件(jian)結構發生多(duo)種形(xing)式的(de)變形(xing)。殘余應(ying)力的(de)存在與變形(xing)的(de)產生是相(xiang)互轉(zhuan)化(hua)的(de)，認(ren)清(qing)變形(xing)規律，就不難從中找到防止減少和糾正(zheng)變形(xing)的(de)方(fang)法。 

一、焊接變形(xing)的形(xing)式與原(yuan)因(yin)： 

鋼結(jie)構(gou)焊接后發生的(de)變(bian)形(xing)大致可分為兩種情況：即(ji)整體結(jie)構(gou)的(de)變(bian)形(xing)和(he)結(jie)構(gou)局(ju)(ju)部的(de)變(bian)形(xing)。整體結(jie)構(gou)的(de)變(bian)形(xing)包括(kuo)結(jie)構(gou)的(de)縱(zong)向和(he)橫向縮短和(he)彎曲（即(ji)翹曲）。局(ju)(ju)部變(bian)形(xing)表現為凸彎、波浪形(xing)、角變(bian)形(xing)等多種。 

1.1變形(xing)常見(jian)基(ji)本形(xing)式 

常見焊(han)接(jie)(jie)變(bian)(bian)形(xing)基本形(xing)式有如下幾(ji)種：板材(cai)坡口(kou)(kou)對(dui)(dui)焊(han)后產生的(de)長度縮(suo)短（縱向收縮(suo)）和寬(kuan)度變(bian)(bian)窄(zhai)（橫向收縮(suo)）的(de)變(bian)(bian)形(xing)；板材(cai)坡口(kou)(kou)對(dui)(dui)接(jie)(jie)焊(han)接(jie)(jie)后產生的(de)角變(bian)(bian)形(xing)；

焊后(hou)構件(jian)的角變形(xing)沿構件(jian)縱軸方向(xiang)數值不(bu)同及構件(jian)翼緣(yuan)與腹(fu)板的縱向(xiang)收(shou)縮不(bu)一致形(xing)成(cheng)的扭曲變形(xing)；

薄板焊接后(hou)母(mu)材(cai)受壓應力(li)區由于失(shi)穩而使板面產生翹曲(qu)形成的波浪(lang)變(bian)形；由于焊縫的縱向(xiang)和(he)橫(heng)向(xiang)收縮相對于構件的中和(he)軸不對稱引起構件的整體彎曲(qu)，此種變(bian)形為彎曲(qu)變(bian)形。

這(zhe)些變形(xing)都是基(ji)本(ben)(ben)的變形(xing)形(xing)式，各種復雜的結(jie)構(gou)變形(xing)都是這(zhe)些基(ji)本(ben)(ben)變形(xing)的發展、轉化和綜合。

1.2焊接變形的(de)原因： 

在焊(han)接(jie)過程中對焊(han)件進行了局部(bu)的(de)(de)、不(bu)均勻的(de)(de)加(jia)熱是產生焊(han)接(jie)應力及變(bian)形的(de)(de)原(yuan)因(yin)。焊(han)接(jie)時焊(han)縫(feng)和焊(han)縫(feng)附(fu)近(jin)受(shou)熱區(qu)的(de)(de)金(jin)屬發(fa)(fa)生膨脹，由于(yu)四周較(jiao)冷的(de)(de)金(jin)屬阻(zu)止這種膨脹，在焊(han)接(jie)區(qu)域內就(jiu)發(fa)(fa)生壓(ya)縮(suo)(suo)應力和塑性(xing)收縮(suo)(suo)變(bian)形，產生了不(bu)同程度的(de)(de)橫(heng)向(xiang)和縱向(xiang)收縮(suo)(suo)。由于(yu)這兩個方(fang)向(xiang)的(de)(de)收縮(suo)(suo)，造成了焊(han)接(jie)結構的(de)(de)各種變(bian)形。

二、影響焊接結(jie)構變(bian)形的因素(su)： 

影響焊(han)接變(bian)(bian)(bian)形量的(de)(de)因素較多，有時(shi)同一因素對縱向(xiang)變(bian)(bian)(bian)形、橫向(xiang)變(bian)(bian)(bian)形及角變(bian)(bian)(bian)形會有相反的(de)(de)影響。全面(mian)分析各因素對各種變(bian)(bian)(bian)形的(de)(de)影響，掌握其(qi)影響規律(lv)是采取合理措施控制變(bian)(bian)(bian)形的(de)(de)基礎。否(fou)則(ze)難以達到(dao)預(yu)期的(de)(de)效(xiao)果。

 1）焊(han)縫(feng)截(jie)面積(ji)的影響：焊(han)縫(feng)截(jie)面積(ji)是指(zhi)熔合線范圍內(nei)的金屬面積(ji)，焊(han)縫(feng)面積(ji)越大，冷卻時收縮引起的塑(su)性變形量越大。 

2）焊接熱(re)輸入(ru)的(de)影響(xiang)：一(yi)般情況(kuang)下(xia)，熱(re)輸入(ru)大(da)(da)時，加熱(re)的(de)高(gao)溫區(qu)范圍(wei)大(da)(da)，冷卻速度慢，使(shi)接頭塑(su)性變形區(qu)增(zeng)(zeng)大(da)(da)，不論(lun)對(dui)縱向、橫向或角變形都有變形增(zeng)(zeng)大(da)(da)的(de)影響(xiang)。但(dan)在表(biao)面(mian)堆焊時，當熱(re)輸入(ru)增(zeng)(zeng)大(da)(da)到(dao)一(yi)定(ding)程度時，由于整個板厚溫度趨近，因而(er)即使(shi)熱(re)輸入(ru)繼續(xu)增(zeng)(zeng)大(da)(da)，角變形不再增(zeng)(zeng)大(da)(da)，反而(er)有所下(xia)降。

3）工件的預熱(re)、層間溫(wen)(wen)度(du)(du)影響：預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)和層間溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)高，相(xiang)當(dang)于(yu)熱(re)輸(shu)入(ru)增(zeng)大(da)，使(shi)冷(leng)卻速度(du)(du)減(jian)慢，收(shou)縮變(bian)形(xing)增(zeng)大(da)。 

4）焊(han)接(jie)方法(fa)的(de)影響：在(zai)建筑鋼(gang)結構焊(han)接(jie)常用(yong)的(de)幾種方法(fa)中(zhong)，除(chu)電渣焊(han)以外，埋弧(hu)焊(han)熱輸入(ru)大(da)，在(zai)其(qi)他條件如(ru)焊(han)縫(feng)面積等相同情(qing)況下，收(shou)(shou)縮變形大(da)。手工電弧(hu)焊(han)熱輸入(ru)居中(zhong)，收(shou)(shou)縮變形比埋弧(hu)焊(han)小(xiao)。CO2氣體保護焊(han)熱輸入(ru)小(xiao)，收(shou)(shou)縮變形響應也小(xiao)。

5）焊縫(feng)(feng)位置(zhi)對變形(xing)的影響：由(you)于焊縫(feng)(feng)位置(zhi)在結構中不(bu)對稱，焊縫(feng)(feng)位置(zhi)不(bu)對稱等將引起各(ge)種變形(xing)。

6）結(jie)構的(de)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)對焊(han)接變(bian)(bian)形(xing)(xing)的(de)影響：結(jie)構的(de)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)大(da)小，主要取決(jue)于結(jie)構的(de)形(xing)(xing)狀和其截面(mian)大(da)小，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)較(jiao)小的(de)結(jie)構，焊(han)接變(bian)(bian)形(xing)(xing)大(da)；剛(gang)(gang)性(xing)(xing)大(da)的(de)結(jie)構，焊(han)后變(bian)(bian)形(xing)(xing)較(jiao)小。

7）裝配(pei)和焊接(jie)規范對焊接(jie)變(bian)形(xing)的影響：由于采取(qu)的裝配(pei)方(fang)法不同，對結構(gou)的變(bian)形(xing)也有影響。整體裝配(pei)完再進行焊接(jie)，其變(bian)形(xing)一般小于邊(bian)裝配(pei)邊(bian)焊接(jie)。

在工(gong)程焊接(jie)時(shi)間中，由(you)于各種(zhong)條件、因素綜合作用，焊接(jie)殘余(yu)變形的(de)規律比較(jiao)復雜，了解(jie)各因素單獨作用的(de)影響便于對工(gong)程具(ju)體情況作具(ju)體的(de)綜合分析。

三、防(fang)止和(he)減少(shao)結(jie)構變形的措施： 

1）減小焊縫截面(mian)積(ji)：在得到完好、無超(chao)標缺陷焊縫的前提下，盡可能采用較小的坡口尺寸（角度(du)和間隙）。

2）對屈服強度345MPa以下，淬硬性不(bu)強的鋼(gang)材采用較小的熱(re)輸入，盡可能(neng)不(bu)預熱(re)或適當(dang)降(jiang)低預熱(re)、層間溫(wen)度；優先采用熱(re)輸入較小的焊(han)接方法，如CO2氣體保護焊(han)。 

3）厚板焊(han)接盡可(ke)能采用多層(ceng)焊(han)代替單層(ceng)焊(han)。 

4）雙面均可焊(han)接操作時(shi)，要(yao)采用(yong)(yong)雙面對(dui)稱(cheng)坡口，并在多層(ceng)焊(han)時(shi)采用(yong)(yong)與構件中和(he)軸對(dui)稱(cheng)的焊(han)接順序，如下圖(tu)2：

5）T形接頭(tou)板厚較大時采用開坡口角(jiao)對接焊縫，見圖3：

6）采用焊(han)前(qian)反(fan)變(bian)形方法(fa)控(kong)制焊(han)后的角(jiao)變(bian)形，此(ci)法(fa)使生產(chan)中常見的一(yi)種方法(fa)，而預先把焊(han)件作出基(ji)本抵消（補償）。

焊后彎曲的(de)反變(bian)形，來達到防(fang)止焊后變(bian)形的(de)目的(de)。表1、圖4分別為箱形柱、H型鋼焊接前反變(bian)形參考數值：

7）剛性(xing)(xing)(xing)固(gu)定(ding)法(fa)(fa)：又稱為強制(zhi)法(fa)(fa)。在(zai)實(shi)際制(zhi)作中，對于(yu)剛性(xing)(xing)(xing)大的構件焊(han)后(hou)變(bian)形一般較少，對剛性(xing)(xing)(xing)小的構件可在(zai)焊(han)前加(jia)強構件剛性(xing)(xing)(xing)，焊(han)后(hou)變(bian)形也(ye)響應減小。在(zai)采(cai)用這種方法(fa)(fa)時，必(bi)須等焊(han)接冷卻后(hou)再把(ba)夾具(ju)和支(zhi)撐(cheng)卸(xie)去(qu)，幾種常見的方法(fa)(fa)有夾具(ju)法(fa)(fa)、支(zhi)撐(cheng)法(fa)(fa)、胎具(ju)法(fa)(fa)、臨時固(gu)定(ding)法(fa)(fa)（如焊(han)釘固(gu)定(ding)和壓緊固(gu)定(ding)法(fa)(fa)）、定(ding)位(wei)焊(han)接法(fa)(fa)。 

8）錘(chui)(chui)擊焊縫(feng)法(fa)(fa)：此法(fa)(fa)主要適用(yong)于薄板的(de)焊接。當薄板的(de)焊縫(feng)及(ji)其熱影響區還(huan)沒(mei)有(you)完全冷卻時，立即對(dui)(dui)該(gai)區域進行錘(chui)(chui)擊，對(dui)(dui)于厚板則(ze)用(yong)風槍敲擊。

9）采(cai)用(yong)構件預(yu)留長度(du)法補償焊縫縱向收(shou)縮變形(xing)。 

10）設(she)計上(shang)要盡量(liang)(liang)減少焊(han)(han)縫(feng)的(de)數量(liang)(liang)和尺寸；合理(li)布置(zhi)焊(han)(han)縫(feng)，除了(le)要避免(mian)焊(han)(han)縫(feng)密集以外，還(huan)應(ying)使焊(han)(han)縫(feng)位置(zhi)盡可能靠近(jin)構(gou)件(jian)(jian)的(de)中(zhong)和軸，并使焊(han)(han)縫(feng)的(de)布置(zhi)與構(gou)件(jian)(jian)中(zhong)

和軸相對稱。 

11）正確選(xuan)擇焊(han)接(jie)順序。在鋼(gang)結構中同時存在對(dui)焊(han)縫(feng)(feng)和(he)角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)時，原則(ze)上先焊(han)對(dui)焊(han)縫(feng)(feng)，反焊(han)角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)。對(dui)十字型(xing)(xing)焊(han)縫(feng)(feng)和(he)T字型(xing)(xing)焊(han)縫(feng)(feng)，更應采取正確的順序，避(bi)免(mian)焊(han)接(jie)應力集中，保證(zheng)接(jie)頭(tou)焊(han)接(jie)質量。采取對(dui)稱于(yu)整個鋼(gang)結構的中和(he)軸的焊(han)接(jie)和(he)采取從中間相兩段焊(han)接(jie)，對(dui)減少變形十分有(you)利(li)。對(dui)鋼(gang)結構中強度(du)要求高的重要部位焊(han)接(jie)，應盡量使接(jie)頭(tou)能自由收縮，不受約束(shu)。

四、焊(han)接變形的(de)焊(han)后矯正方法(fa)： 

為(wei)了達到設計、規范要(yao)求，發生(sheng)了焊接(jie)變(bian)形的焊接(jie)結構(gou)構(gou)件必須矯正(zheng)，從另外(wai)一個角度來解釋，這種矯正(zheng)實質上都(dou)是設法造成(cheng)新的變(bian)形來補(bu)償或(huo)抵消(xiao)已發生(sheng)的變(bian)形。在施(shi)工生(sheng)產(chan)中，常(chang)用的焊后殘余變(bian)形的矯正(zheng)方(fang)法可以(yi)分為(wei)施(shi)力矯正(zheng)和加熱矯正(zheng)以(yi)及兩中方(fang)法的結合運用。 

4.1施力矯正(zheng)法： 

施(shi)力矯(jiao)正一般(ban)用(yong)千斤(jin)頂、螺(luo)旋加力器(qi)、輥壓(ya)矯(jiao)正機(ji)或在大型壓(ya)力機(ji)上(shang)完成。 

4.2加熱矯正法： 

即利用不(bu)均勻的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)使(shi)結(jie)構獲得反向(xiang)的(de)(de)變形(xing)(xing)來補償(chang)或抵消原來的(de)(de)焊接變形(xing)(xing)。加(jia)(jia)熱(re)(re)矯(jiao)(jiao)正法(fa)的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)方法(fa)可分為點狀(zhuang)加(jia)(jia)熱(re)(re)、線狀(zhuang)加(jia)(jia)熱(re)(re)、三(san)角形(xing)(xing)加(jia)(jia)熱(re)(re)。加(jia)(jia)熱(re)(re)矯(jiao)(jiao)正能消除很多(duo)施力矯(jiao)(jiao)正無法(fa)解(jie)決(jue)的(de)(de)變形(xing)(xing)，掌握火(huo)焰局(ju)部加(jia)(jia)熱(re)(re)引起的(de)(de)變形(xing)(xing)的(de)(de)規律是做好矯(jiao)(jiao)正的(de)(de)關鍵，決(jue)定火(huo)焰矯(jiao)(jiao)正效果主(zhu)要(yao)是加(jia)(jia)熱(re)(re)的(de)(de)位(wei)置和加(jia)(jia)熱(re)(re)溫度。低碳(tan)鋼(gang)和普(pu)通合金(jin)的(de)(de)焊接結(jie)構通常采用650～8000C的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫度，一(yi)般不(bu)宜超過9000C。參(can)見表2各種顏(yan)色可判別溫度范圍(wei)