论如何控制厚钢板焊接变形

论如何控制厚钢板焊接变形

发表时间：2018-07-25T16:26:23.173Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：张燕

[导读] 摘要：随着国家加强基础建设工作的大力发展，全国各地桥梁建设出现了一个新的高潮，钢结构桥梁在城市桥梁建设中的比例日趋增大。

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摘要：随着国家加强基础建设工作的大力发展，全国各地桥梁建设出现了一个新的高潮，钢结构桥梁在城市桥梁建设中的比例日趋增大。众所周知，钢结构焊接应力变形一直是焊接结构生产中的一大难题，主要表现为焊接变形难以控制和校正、焊接残余应力的消除、焊接热循环难以控制、焊接热裂纹及层状撕裂的防止等方面，因此，进行厚板焊接工艺的研究十分重要，这里我们将探索一下超厚钢板焊接方法。

关键词：钢结构、焊接、应力消除、变形

一、概述

本文研究对象是内蒙古通辽市新世纪大桥，该桥是一座编花索面的弧形钢塔斜拉桥，跨径布置为100m+100m=200m，塔高80m，桥宽40m。新世纪大桥由主桥及两侧引桥组成，主桥桥型为支承体系独塔斜拉桥，跨径布置为（100m＋100m），主塔塔高80米。新世纪大桥的主桥面钢梁、主塔外钢板、肋板、腹板等等都属于厚板焊接的范畴之内，厚钢板的焊接设计要求为Ⅰ级熔透焊，其焊接变形控制及焊接质量保证难度极大。

二、焊接变形的影响因素

1、焊接变形分类

在实际焊接施工中，往往将复杂的焊接变形分解成为几种基本的形式，即与焊缝垂直的横向收缩、与焊缝平行的纵向收缩及角变形（绕焊缝回转）。焊件的变形往往是上述几种基本形式变形所造成的。

通常，也可将收缩变形、弯曲变形归为整体变形，将角变形与压曲变形归为局部变形，因为后者仅发生于焊件的局部区域。各种焊接变形示意详情分类见图1—图6：

图1 横向收缩图2 角变形

图3 回转变形图4 纵向变形

图5 纵向弯曲变形图6 压曲变形

2、工艺参数对焊接变形的影响

各种工艺参数对对接焊缝横向收缩量的影响如表1：

表1 各种工艺参数对对接焊缝横向收缩量的影响

不仅焊缝的横向收缩，几乎每种焊接变形都与焊接能量有关，因此，如在设计和工艺上允许的条件下，应尽可能减少线能量来减少焊缝截面尺寸，这对减少焊接变形和应力都是有利的。

另外，适当变换焊接顺序及焊接方式（单层焊接或是分几层来焊接、分段焊、反向分段焊、从中心往两端焊等）达到减小焊接变形的目的。

三、焊接变形的控制方法

1.焊接方法选择

由于焊接变形是由不均匀加热引起的，变形大小和加热情况有紧密的联系。不同的焊接方法或热源不同，或加热集中程度不同所造成的变形亦随之变化。常用焊接方法按所产生变形由大到小的顺序，依次为气焊，手工电弧焊，埋弧焊，气体保护焊和接触焊。因此，在新世纪大桥低合金钢厚板的焊接上我们尽可能采用CO2气体保护焊和埋弧焊施焊。

2、防止焊接变形的具体方法

减少和防止焊接变形的方法就是要想方设法降低焊接残余应力。总的来说，降低焊接残余应力可从下述方面着手：

①降低残余应力水平，特别是降低最大残余拉应力水平；

②缩小高残余应力的存在区间和范围；

③减少残余拉应力的维数。

（1）设计措施

焊接结构的设计应使得能对结构在其制造过程中产生的焊接残余应力和焊接变形加以有效控制，即应能保证焊接过积的可行性。

用以限制焊接残余应力与焊接变形的主要设计措施有：

1）使焊缝长度尽可能最短、焊脚尽可能最小；

2）断续焊缝与连续焊缝相比，优先选用断续焊缝；

3）角焊缝与对接焊缝相比，优先选用角焊缝；

4）采用对接焊缝连接的构件应（在垂直于焊缝方向上）具有的可变形长度；

5）复杂结构最好采用分部件组合焊接。

（2）选材措施

用于制造焊接结构的材料在很大程度上应根据焊接工程的要求来进行选择。选用的材料应能在相应的设计和制造情况下适于焊接，即由此而焊成的接头在承受工作载荷时应能免于开裂、抵抗破坏以及具有足够的变形能力。

（3）制造工艺措施

可能用于减少焊接残余应力与焊接变形的制造工艺措施不少，但各有其不同的适用范围与效能。结构设计不良或材料选择不当时，一般不再可能补救，或者采取一定工艺措施也仅能作局部改善。不过，设计与材料选择的可能性却可因完善的工艺技术而得以大大扩展。

（4）外力约束措施

利用反变形法来控制焊件的变形是最有效的方法之一。反变形法是在构件焊前预制与焊后变形相反方向的变形，以期求得两者抵消，最后没有或较小的残余变形。这种方法可以防止弯曲变形，也可防止角变形。

（5）焊后措施

用以减少焊接残余拉应力和焊接变形的焊后制造工艺措施有：

1）热态消除应力（消除应力退火）

2）冷态消除应力（冷拉伸、火焰消除应力与振动消除应力）

3）锤击与点状加压

4）热矫正、冷矫正

四、结束语

厚板焊接变形一旦发生将很难矫正，厚板焊接变形应根据各种影响因素综合分析，制定合理的焊接工艺、焊接顺序及工装保证来控制焊接变形。新世纪大桥在实际的生产制造过程当中，主要通过以下手段控制焊接变形：①严格进行焊接工艺评定试验，合理选择焊接工艺方法及工艺参数，同时确定合理的焊接顺序；②采用合理的焊接技术如二氧化碳气保焊，埋弧压力焊等；③采取可靠的防变形，防焊接裂缝等缺陷的特殊工艺措施；④针对Q420qE高强度合金结构钢的厚板焊接，采用焊前预热，起弧点延伸焊接等工艺措施；⑤制作专用刚性约束卡具并结合刚性支撑以及采取反变形措施，使钢结构构件几何尺寸及形位公差符合设计及规范要求。