摘 要：焊接变形和焊接应力是钢结构件制作和焊接过程中常见的问题，对钢结构件的质量造成了较大的影响。本文对焊接变形的影响因素进行了分析，并对如何控制焊接变形和焊接应力提出了几点建议。
关键词：钢结构件；焊接变形；焊接应力
引言
焊接是钢结构件制作的主要方式，然而在钢材焊接的过程中，所产生的焊接变形和焊接应力会对钢结构件的质量造成较大的影响，降低钢结构件的承载能力。因此如何控制钢结构件的焊接变形，减少焊接应力就成为了钢结构件制作和焊接中的一个重要问题。
1.焊接变形的影响因素
1.1材料因素的影响
对于焊接变形的问题来说，焊接材料与母材均有着非常密切的联系。其中对于焊接变形的产生能造成影响的因素主要包括：（1）材料的物理性能，主要是由于材料的热传导系数对焊接造成的影响，热传导系数越小，温度梯度就越大，也就越容易出现明显的焊接变形。（2）材料的力学性能，其中热膨胀系数对焊接变成造成的影响最为明显，当材料的热膨胀系数增加时，焊接变形也会更加明显。此外，材料的高温屈服极限和弹性模量也会对焊接变形的发生造成一定的影响。
1.2结构因素的影响
结构因素是对于焊接变形最关键的影响因素，同时也是最复杂的影响因素。随着焊接结构的拘束度提高，会增加焊接残余应力，从而减少焊接变形。而当拘束度变化较大时，会对分析和控制钢结构件的焊接变形造成一定的困难。所以，在设计焊接结构时要根据结构件板的厚度以及筋板和加强板的位置、数量进行优化，从而使焊接变形的发生得到减少。
1.3工艺因素的影响
在焊接工艺方面，焊接的方法、热输入量、顺序，结构件的定位、固定以及焊接工装、夹具等的应用都可能会对焊接变形的发生造成一定的影响。其中焊接顺序是造成影响较大的一个因素。通常来说，通过焊接顺序的改变可以使残余应力的分布和状态得到改变，从而使焊接变形的发生到有效控制。
2.控制焊接变形的方法
2.1无加强筋工字梁焊接变形控制
在我国目前的钢结构件制作中，不带加强筋工字梁焊接是非常重要的部分。由于该类工字梁的结构较为特殊，因此其边角区域等很容易在焊接过程中出现变形。这种现象的产生主要是由于横向收缩板的温度变化不同，导致的厚度不均，以及焊接接头形式差异导致的。为了对焊接变形的产生进行控制，首先需要对材料的刚性进行控制，也可以使用固定焊接板结构的方式来提高材料刚度。其次，为了解决焊接过程以及焊接完成后出现的纵向和横向收缩弯曲，就需要保证焊接作业严格按照相关顺序进行，并提高焊接的质量以及焊接件的刚度。最后，为了减少焊接过程中由于焊缝长度不均而出现的扭曲变形的问题，也同样按照相关顺序进行焊接就可以进行有效的避免。
2.2工字梁焊接变形控制
目前在对工字梁的焊接变形的控制上主要可以通过以下两个方面来进行：（1）反变型措施。该类技术目前广泛应用于小型的焊接作业，通过对焊接件进行反变形处理，能够对其在正常焊接过程中可能发生的焊接问题进行有效的矫正，尤其是对于焊接变形矫正效果非常好。但是在进行反变形处理时要注意适当的原则，防止因反变形过大而损害了整个钢结构件的质量。（2）预留收缩量。在材料的选择上预留收缩量是防止钢结构件在焊割时出现变形现象的有效手段，对于因材料收缩变形而导致的变形现象有着非常良好的预防效果，避免了由于焊接变形现象而对焊接过程和钢结构件造成的损害。
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2.3大型钢板拼接梁的焊接变形控制
大型钢板拼接梁的焊接是变形现象最容易出现的一个焊接过程。其最根本的原因就在于焊接人员为对长度较大的钢板梁进行焊接时通常会采用工字梁的结构模式，但其对于焊接的顺序、材料、工艺等的要求都相对较高，如果中间的某一个环节出现问题，就会对整个钢板构件的焊接质量造成影响。因此，相关部门必须要对钢板梁的焊接过程的各个环节进行重视，首先要保证材料的质量和刚性相对较好，并在下料时对材料进行预热后再进行切割。其次，在进行焊接作业前好对电焊机的电压、电流等参数进行调整，清理设备上的杂物。最后，在工字梁焊接的过程中可以先从大的部件开始，并对结构件的变形量进行严格的控制，发现问题及时进行解决，保证焊接过程的顺利进行。
3.减少焊接应力的措施
3.1选择合适的焊接尺寸
焊缝应力的产生主要是由于焊接区域发生的热胀冷缩而导致的。而焊接区域与热输入量之间成正比关系。所以，当焊接区域减少时，所产生焊接变形也会相应的减少。例如，在进行厚板、小角度坡口的焊接时，尽量选择双面坡口的方法进行焊接。
3.2选择合适的焊接材料和焊接参数
选择适当的焊接材料能够使焊缝金属的抗裂性能、韧性和塑性得到有效提高，并使应力集中以及焊缝中淬硬组织的形成进行有效降低。一般会选择含碳量低于母材的焊缝金属，并提高其锰、硅的含量以使其能够与母材达到同等的强度。此外，焊接线能量与焊接变形的发生成正比关系，当焊接线能力提高时，在焊接中产生的应力也会相应的提高，进而导致更大的塑性变形发生。
3.3选择合理的焊接工艺
合理的焊接工艺对于焊接应力的降低能够起到非常好的作用。在焊接钢结构件的长焊缝时可以通过分段焊接的方式来进行焊接。在进行分段焊接时要对齐焊材两端接头，使两个焊材接头能够互相交错覆盖对方。同时还要避免分段焊接中因焊接温度过高而导致的焊接变形，可以通过翻转焊接背面并停止焊接来降低焊接温度。当进行三面焊接时，要先对中间进行焊接，随后逐渐向两侧进行，同时要对焊接方向进行适当的调整来使焊接变形的发生减少。
3.4热处理措施
适当的热处理措施可以有效的降低焊接应力，减少焊接变形，同时还可以避免出现裂纹。例如，当进行厚板的焊接时要对其进行预热，从而使气割边缘与焊缝之间产生的应力得到有效降低，对淬硬组织马氏体的产生进行抑制，并使焊缝金属以及热影响区温度下降速度减缓，进而使焊接变形的发生减少。
3.5采用振动时效消除应力
由于部分大型结构件在焊缝退火处理上存在着一定的困难，因此可以通过振动时效的方式使焊接应力得到降低，该方法具有效果好、效率高、周期短等特点。振动时效是通过在工件上施加一个与固有谐振频率相同的周期振动产生共振，利用共振的能量在工件内部产生微小的塑性变形来对焊接应力进行消除。
结语
综上所述，焊接变形合焊接应力会对钢结构件的质量造成严重的影响。为了尽可能的避免焊接变形的发生，减少焊接应力，就要针对其产生的原因采取相应的措施进行预防和处理，从而使钢结构件的质量得到有效保障。
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[3]马宁. 钢结构焊接变形的工艺控制措施[J]. 华东科技:学术版, 2017(12):75-76.
论文作者:彭俊
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/6
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