1、 ； 午 皇 0 硅 一 I 9 9 7 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
2、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6 0 0 Q 7 0 0 0 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1 5 0 0 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1 0 0 0 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
3、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
4、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 维普资讯 http:/ 1 9 9 年第 1 期 杭州机械 2 l 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
5、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
6、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 5 A) ， 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5 B) 。 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，
7、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 _ - _ _ E 0 - 图6 选择合理的焊接顺序 如图6 A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 ，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6 B) ，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3 4 页 ) 维普资讯 http:/ 杭州机械 修改，将需要强制
8、性台格评髭拘 机械产品类 别的附件 由1 2 类扩大为l 7 类。 其次， 每年强制性的指令也在逐步增加。 1 9 9 5 年为机械指令 8 9 3 9 2 E E C ，1 9 9 6 年增 加了电磁兼容指令 8 9 3 6 E E C ，1 9 9 7 年又 增加了低压电器指令7 3 t Z 3 1 E E C 。低压电器 指令第一条就明确指出 “ 本指令 所称的电气 设备系指设计使用在交流 电压5 0 至1 5 0 0 V及 直流电压7 5 至1 5 0 0 V之 间的所 有 产 品 ，从 1 9 9 7 年 1月 1日起，不仅机器的电气设备在 总体上要符合 CE的安全要求，而 且机器电
9、 气系统中所选用的低压 电器件 都 必 须 符台 C E要求，并且贴上 C E标志。 所以，我们要经常注意 C E的动向，并 不是一劳永逸的。 1 9 9 7 年第 1期 根据6 9 3 9 2 EE C的 规定，不属于附件 项下的机械产 品，则不需要 申 请 认 证机 构进行强制性台格评定，仅须根据第 8 条第 2 款 a 项之规定进行自我评定，符合附件 I 机器的设计与制造中的主要卫生及 安 全要 求 的规定后，编制一份 合乎 附件及附件 之规定的 C E合格声明书，并加 贴 C E台 格标志， 即可进入欧洲市场。 这是一个原则，但具体操作时要注意其 中的变更情况以及对标准的要求。 综上所
10、述，欧共体为 了统一与巩固其 内 部市场， 同时为 了抵御外来的竞争，发布了 一系列指令。因此，我们的产品要进入欧洲 市场，发展贸易，按他们 的要求势在必行。 ， r芦 口 ， ； 口 口 口 ( 上接第2 l 页 ) 方法是行之有效的。 焊缝相交时( 如匿 l 7) ，横 向掉缝应在交 点处稍微断开一些，等到纵向焊缝焊完后， 法相反。火焰矫正法是利用焊接变形的原理 加PJ , 矫正的，在变形部位加热，使受热部位 的收缩塑性变形达到矫正目的，如图8 。 再补好横向焊缝的剩余部分。 上 图7 焊接 结构的咕- 理性示意 三，变形的蠕正 综上所述，如果 卑接 ： 程中注意引起变 形的因素，采取适当
11、拍措施，那幺焊件的变 形就可 以加 以控制。坦有 变形t j 会超 出容 许范围，这就需要加 以 矫正。矫 E 方法主要 有机械矫正和火焰矫 正两种。前琦主要是用 外力将尺寸较短的部 分加 伸展 。从而使构 件展平或伸直，但对于塑性较好的材料才较 为适用。而火焰矫正法原理正好和机械矫正 囤 8 雯彤 矫 正 A加热 医。 B上拱高度 采用火焰矫正法，构件应让它在常温下 冷却，不得甩玲水浇激。因为火焰矫正效果 与构件加热后的冷却速度关系不大，所 以 我 们对通常资料中所 说 “ 矫直一般采用的 办法是在变形部位加热，然后用 水冷却 的 方法并不赞成。相反，用冷水浇激会使构件 产生硬脆而影响到焊接件的性能。 ( 转载 自 杭 氧科技* l 9 9 6 No 1 ) 维普资讯 http:/
