影响焊 接变形量的因素较多,有时同 一因素对纵向变形、横向变 形及角变形会有相反的影响。全面分 析各因素对各种变形的影响,掌握其 影响规律是采取合理措施控制变形的基础。否则难 以达到预期的效果。
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。
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,不论对纵向、横向或 角变形都有变形增大的影响。但在表面堆焊时,当热输 入增大到一定程度时,由于整 个板厚温度趋近,因而即 使热输入继续增大,角变形不再增大,反而有所下降。
3)工件的预热、层间温度影响:预热温 度和层间温度越高,相当于热输入增大,使冷却速度减慢,收缩变形增大。
4)焊接方法的影响:在建筑 钢结构焊接常用的几种方法中,除电渣焊以外,埋弧焊热输入最大,在其他 条件如焊缝面积等相同情况下,收缩变形最大。手工电 弧焊热输入居中,收缩变形比埋弧焊小。CO2气体保 护焊热输入最小,收缩变形响应也最小。
5)焊缝位 置对变形的影响:由于焊 缝位置在结构中不对称,焊缝位 置不对称等将引起各种变形。
6)结构的 刚性对焊接变形的影响:结构的刚性大小,主要取 决于结构的形状和其截面大小,刚性较小的结构,焊接变形大;刚性大的结构,焊后变形较小。
7)装配和 焊接规范对焊接变形的影响:由于采 取的装配方法不同,对结构 的变形也有影响。整体装 配完再进行焊接,其变形 一般小于边装配边焊接。
在工程焊接时间中,由于各种条件、因素综合作用,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。
1)减小焊缝截面积:在得到完好、无超标 缺陷焊缝的前提下,尽可能 采用较小的坡口尺寸(角度和间隙)。
2)对屈服强度345MPa以下,淬硬性 不强的钢材采用较小的热输入,尽可能 不预热或适当降低预热、层间温度;优先采 用热输入较小的焊接方法,如CO2气体保护焊。
3)厚板焊 接尽可能采用多层焊代替单层焊。
4)双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多 层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序,如下图2:
图2:用双面 坡口对称焊接顺序减小角变形
5)T形接头 板厚较大时采用开坡口角对接焊缝,见图3:
图3:T形接头 板厚较大时采用开坡口角对接焊缝
6)采用焊 前反变形方法控制焊后的角变形,此法使 生产中最常见的一种方法,而预先 把焊件作出基本抵消(补偿)。
焊后弯曲的反变形,来达到 防止焊后变形的目的。表1、图4分别为箱形柱、H型钢焊 接前反变形参考数值:
图4 H形钢焊
接前翼缘的反变形量参考值
7)刚性固定法:又称为强制法。在实际制作中,对于刚 性大的构件焊后变形一般较少,对刚性 小的构件可在焊前加强构件刚性,焊后变形也响应减小。在采用这种方法时,必须等 焊接冷却后再把夹具和支撑卸去,几种常 见的方法有夹具法、支撑法、胎具法、临时固定法(如焊钉 固定和压紧固定法)、定位焊接法。
8)锤击焊缝法:此法主 要适用于薄板的焊接。当薄板 的焊缝及其热影响区还没有完全冷却时,立即对 该区域进行锤击,对于厚 板则用风枪敲击。
9)采用构 件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形。
10)设计上 要尽量减少焊缝的数量和尺寸;合理布置焊缝,除了要 避免焊缝密集以外,还应使 焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴,并使焊 缝的布置与构件中和轴相对称。
11)正确选择焊接顺序。在钢结 构中同时存在对焊缝和角焊缝时,原则上先焊对焊缝,反焊角焊缝。对十字型焊缝和T字型焊缝,更应采取正确的顺序,避免焊接应力集中,保证接头焊接质量。采取对 称于整个钢结构的中和轴的焊接和采取从中间相两段焊接,对减少变形十分有利。对钢结 构中强度要求高的重要部位焊接,应尽量 使接头能自由收缩,不受约束。