摘要：随着经济和科技水平的快速发展，目工程也备受人们的重视。进行工程装备制造的过程中，焊接作为加工制造工艺中最重要的一个环节，焊接在实际的应用中起着重要的作用，被广泛地应用，同时它还有很多优势，但进行钢结构焊接的过程中容易出现变相的问题。为尽可能的保障钢结构产品的制造质量，就需要针对钢结构制造过程中的焊接变形问题进行严格且有效的控制。
关键词：钢结构；焊接；残余应力；焊接变形
引言
为了探究控制钢结构焊接过程变形策略，通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形．以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程，设定常态焊接工艺参数，在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算，并在焊接过程构建温度场，建立有限元模型，绘制其温度曲线图，探究残余应力变化趋势及分布情况．结果表明，对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大，结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势，后逐渐趋于平缓，钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大，可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响．
1对接形式焊接残余应力测定
1.1试验材料及焊接工艺参数
钢板对接是钢结构最常见模式，通过两块钢板模拟钢结构对接形式，设定试验使用钢板尺寸均为500mm×200mm×8mm，材料为常用Q345B钢。焊接前需对钢板进行前处理，经由剪板机对其进行粗加工后再细加工，确保焊接面稳定．对位后先对焊缝两侧进行点焊固定位置。
1.2测试点分布及数据提取
根据SL499-2010标准进行残余应力测试，钢板1和钢板2在材质和尺寸上均相同，仅需研究其一．取钢板2为研究对象，在离焊缝25mm处引进一条与焊缝平行的边，将其平分为11等分，取其10个等分点作为测试点，并将其分别标记为序号1～10．在第6个等分点引一条垂直于焊缝的直至边缘的线段，将该线段等分为5份，取其4个等分点作为测试点，并将其分别标记为序号11～14，在测试时分别取水平方向、竖直方向、45°方向作为测试方向，将所有测试点在不同方向测得的数据记录下来。
2钢结构焊接变形控制技术
2.1焊接电流及电弧电压控制
在钢结构关键节点的焊接工作中，要有焊接工艺的标准和要求进行焊接工作，下面是热输入公式的计算方式：热输入＝0.06×电弧电压×焊接电流÷焊接速度。另外，如果电弧电压，焊接电流超过一定的数据，热输入就会随之变大，就会造成焊接的收缩量加剧。下图是某项目部分关键节点焊接使用的电弧电压和焊接电流范围表。为此，从上面的环节工艺得出，进行焊接的过程中，电弧电压和焊接电流要保持在一定的范围内，如果高就会出现焊接变形，若过低焊丝和母材无法得到融合，为此，进行焊接的过程中，需要焊接和QC人员首先要按照焊接的工艺严格进行焊接流程。
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2.2裂缝焊接控制
①缺陷类型为焊缝焊瘤、凸起或余高过大，将过量的焊缝金属清除，常用方法为砂轮或碳弧气刨；②缺陷类型为焊缝凹陷、弧坑、咬边或焊缝尺寸不足等，对缺陷进行补焊；③缺陷类型为焊缝未熔合、焊缝气孔或夹渣等，先将缺陷清除，而后进行补焊；④常采用磁粉、渗透或其他无损检测方法确定焊缝或母材上裂纹的范围及深度，然后选取一段完好的焊缝或母材，用砂轮打磨或碳弧气刨的方法对其两端各50mm范围内进行清理，完全清除后，方可进行重新补焊。若裂纹存在于焊接接头上，且拘束度较大，应先在裂纹两端钻止裂孔，然后采用碳弧气创裂纹清除，待以上2个步骤完成后再进行裂纹的返修。返修时应先调查分析裂纹产生的原因，并根据分析结果制定返修工艺方案，并监督方案的执行；⑤相同条件下，焊缝缺陷返修时，预热温度应比正常焊接高（30～50）℃，采用低氢材料及相应的焊接方法；⑥焊缝缺陷的返修应不间断焊接直至完成，若必须中断焊接，应对未完成部分采取有效的后热和保温措施；⑦不应对同一部位的焊缝缺陷进行2次以上的返修。返修超过2次，需采取必要的保障措施，包括返修前重新进行焊接工艺评定，合格后方可进行焊接。返修完成后增加对该区域的磁粉或着色检查。
2.3残余应力调控工艺窗口
残余应力是造成钢结构焊接变形的一项因素，降低残余应力可有效降低结构焊接变形情况．钢结构焊接后由于温度场集中于焊缝部位，导致冷却后残余应力集中于焊缝处．焊接过程初始焊接温度、焊点到焊件距离、最大温度、有效加热半径和试件厚度等均是影响钢结构焊接的条件．为了探究钢结构残余应力的控制效果，研究设定其残余应力调控工艺窗口。
2.4热调直
因为构件在焊接中会出现变形就要采取热调直。针对手工热调直，就需要在加热前，在加热的区域用笔进行标识做上记号，不要再焊道外采取加热的处理。另外，焊趾到火焰顶端的位置mm是不能进行加热。在热调直的过程中，不能进行水或者水雾采取冷却的处理。在热调直的方法上，有面加热，点加热和线加热，三种形式可以针对不同形式的变形来采取调直。热调直的温度一般比较严格，针对调质钢不允许超过600℃（1100℉），针对TMCP钢不得超过580℃（1076℉），其他种类的钢种不得超过650℃（1200℉）。钢材的温度在315℃以上，此时不能进行冷却处理。一般情况下测量的温度要保持在钢材距离火焰位置75mm。
结语
钢结构复杂，焊接工艺繁琐，焊接中会出现多条焊缝相交错的情况，钢结构焊缝接头处为应急集中多发处，并会伴随残余拉应力作用，此处为疲劳裂缝起始处，在残余应力作用下进一步延伸．钢结构在焊接后受到载荷作用会部分叠加至焊接残余应力中，导致钢结构焊缝处发生裂缝，其抗腐蚀能力进一步下降，在残余应力及腐蚀介质作用下，钢结构使用寿命被进一步降低，出现腐蚀疲劳现象．综合来看，钢结构性能与焊接残余应力关系密切，在实际焊接过程中需要通过有效手段降低焊接残余应力，控制其结构变形产生裂缝．
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论文作者:宁莉花
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：应力论文; 残余论文; 钢结构论文; 钢板论文; 裂纹论文; 电弧论文; 缺陷论文; 《基层建设》2019年第12期论文;