摘要：為有效控制鋼結(jié)構(gòu)因焊件的不均勻膨脹和收縮而造成的焊接變形，就焊接變形和焊接應(yīng)力的各種影響因素進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的控制措施。
在建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展如火如荼的今天，形式各異的焊接機(jī)械、焊接方法日新月異，焊接技術(shù)成了一個(gè)關(guān)鍵的課題。但在施工過程中，由于焊接產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，嚴(yán)重影響著工程的質(zhì)量、安裝進(jìn)度和結(jié)構(gòu)承載力 （即使用功能 ），因而，急需采用合理的方法予以控制。
鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程實(shí)際上是在焊件局部區(qū)域加熱后又冷卻凝固的熱過程，但由于不均勻溫度場，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形。常見的焊接應(yīng)力有 ：1）縱向應(yīng)力 ；2）橫向應(yīng)力 ；3）厚度方向應(yīng)力。常見的焊接變形有 ：1）縱向收縮變形 ；2）橫向收縮變形 ；3）角變形 ；4）彎曲變形 ；5）扭曲變形 ；6）波浪變形。針對(duì)這些不同種類的焊接變形和應(yīng)力分布，追溯根源，具體進(jìn)行研究控制。
1焊接變形的控制措施
全面分析各因素對(duì)焊接變形的影響，掌握其影響規(guī)律，即可采取合理的控制措施。
1.1焊縫截面積的影響
焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。焊縫面積越大，冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大，焊縫面積對(duì)縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的，而且是起主要的影響，因此，在板厚相同時(shí)，坡口尺寸越大，收縮變形越大。
1.2焊接熱輸入的影響
一般情況下，熱輸入大時(shí)，加熱的高溫區(qū)范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性變形區(qū)增大。
1.3焊接方法的影響
多種焊接方法的熱輸入差別較大，在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中，除電渣以外，埋弧焊熱輸入zui大，在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下，收縮變形zui大，手工電弧焊居中，co2氣體保護(hù)焊zui小。
1.4接頭形式的影響
在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時(shí)，不同的接頭形式對(duì)縱向、橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對(duì)接焊。
1）表面堆焊時(shí)，焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母材的約束，而且加熱只限于工件表面一定深度而使焊縫的收縮同時(shí)受到板厚、深度、母材方面的約束，因此，變形相對(duì)較小。
2）t形角接接頭和搭接接頭時(shí)，其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似，其橫向收縮值與角焊縫面積成正比，與板厚成反比。
3）對(duì)接接頭在單道 （層 ）焊的情況下，其焊縫橫向收縮比堆焊和角焊大，在單面焊時(shí)坡口角度大，板厚上、下收縮量差別大，因而角變形較大。
雙面焊時(shí)情況有所不同，隨著坡口角度和間隙的減小，橫向收縮減小，同時(shí)角變形也減小。
1.5焊接層數(shù)的影響
1）橫向收縮 ：在對(duì)接接頭多層焊接時(shí)，*層焊縫的橫向收縮符合對(duì)接焊的一般條件和變形規(guī)律，*層以后相當(dāng)于無間隙對(duì)接焊，接近于蓋面焊道時(shí)與堆焊的條件和變形規(guī)律相似，因此，收縮變形相對(duì)較小。
2）縱向收縮 ：多層焊接時(shí)，每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層焊時(shí)的熱輸入小得多，加熱范圍窄，冷卻快，產(chǎn)生的收縮變形小得多，而且前層焊縫焊成后都對(duì)下層焊縫形成約束，因此，多層焊時(shí)的縱向收縮變形比單層焊時(shí)小得多，而且焊的層數(shù)越多，縱向變形越小。
在工程焊接實(shí)踐中，由于各種條件因素的綜合作用，焊接殘余變形的規(guī)律比較復(fù)雜，了解各因素單獨(dú)作用的影響便于對(duì)工程具體情況做具體的綜合分析。所以，了解焊接變形產(chǎn)生的原因和影響因素，則可以采取以下控制變形的措施 ：
1）減小焊縫截面積，在得到完整、無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下，盡可能采用較小的坡口尺寸 （角度和間隙 ）。
2）對(duì)屈服強(qiáng)度 345mpa以下，淬硬性不強(qiáng)的鋼材采用較小的熱輸入，盡可能不預(yù)熱或適當(dāng)降低預(yù)熱、層間溫度 ；優(yōu)先采用熱輸入較小的焊接方法，如co2氣體保護(hù)焊。
3）厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。
4）在滿足設(shè)計(jì)要求情況下，縱向加強(qiáng)肋和橫向加強(qiáng)肋的焊接可采用間斷焊接法。
5）雙面均可焊接操作時(shí)，要采用雙面對(duì)稱坡口，并在多層焊時(shí)采用與構(gòu)件中和軸對(duì)稱的焊接順序。
6）t形接頭板厚較大時(shí)采用開坡口角對(duì)接焊縫。
7）采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。
8）采用剛性夾具固定法控制焊后變形。
9）采用構(gòu)件預(yù)留長度法補(bǔ)償焊縫縱向收縮變形，如h形縱向焊縫每米長可預(yù)留 0.5ｍｍ～ 0.7ｍｍ。
10）對(duì)于長構(gòu)件的扭曲，主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度，使坡口角度和間隙準(zhǔn)確，電弧的指向或?qū)χ袦?zhǔn)確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長度方向一致。
11）在焊縫眾多的構(gòu)件組焊時(shí)或結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，要采取合理的焊接順序。
12）設(shè)計(jì)上要盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理布置焊縫，除了要避免焊縫密集以外，還應(yīng)使焊縫位置盡可能靠近構(gòu)件的中和軸，并使焊縫的布置與構(gòu)件中和軸相對(duì)稱。
2焊接應(yīng)力的控制措施
構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)內(nèi)應(yīng)力，焊接后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并同時(shí)產(chǎn)生殘余變形，這是不可避免的現(xiàn)象。
焊接變形的矯正費(fèi)時(shí)費(fèi)工，構(gòu)件制造和安裝企業(yè)首先考慮的是控制變形，往往對(duì)控制殘余應(yīng)力較為忽視，常用一些卡具、支撐以增加剛性來控制變形，與此同時(shí)實(shí)際上增大了焊后的殘余應(yīng)力。
對(duì)于一些本身剛性較大的構(gòu)件，如板厚較大，截面本身的慣性矩較大時(shí)，雖然變形會(huì)較小，但卻同時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。
因此，對(duì)于一些構(gòu)件截面厚大，焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，拘束度大，鋼材強(qiáng)度級(jí)別高，使用條件惡劣的重要結(jié)構(gòu)要注意焊接應(yīng)力的控制?？刂茟?yīng)力的目標(biāo)是降低其峰值使其均勻分布，其控制措施有以下幾種 ：
1）減小焊縫尺寸 ：焊接內(nèi)應(yīng)力由局部加熱循環(huán)而引起，為此，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，不應(yīng)加大焊縫尺寸和層高，要轉(zhuǎn)變焊縫越大越安全的觀念。
2）減小焊接拘束度 ：拘束度越大，焊接應(yīng)力越大，首先應(yīng)盡量使焊縫在較小拘束度下焊接，盡可能不用剛性固定的方法控制變形，以免增大焊接拘束度。
3）采取合理的焊接順序 ：在焊縫較多的組裝條件下，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件形狀和焊縫的布置，采取先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫 ；先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫，后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則。
4）降低焊件剛度，創(chuàng)造自由收縮的條件。
5）錘擊法減小焊接殘余應(yīng)力 ：在每層焊道焊完后立即用圓頭敲渣小錘或電動(dòng)錘擊工具均勻敲擊焊縫金屬，使其產(chǎn)生塑性延伸變形，并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應(yīng)力。
但根部焊道、坡口內(nèi)及蓋面層與母材坡口面相鄰的兩側(cè)焊道不宜錘擊，以免出現(xiàn)熔合線和近縫區(qū)的硬化或裂紋。高強(qiáng)度低合金鋼，如屈服強(qiáng)度級(jí)別大于 345mpa時(shí)，也不宜用錘擊法消除焊接殘余應(yīng)力。
6 ）采用拋丸機(jī)除銹 ：通過鋼丸均勻敲打來抵消構(gòu)件的焊接應(yīng)力。
綜上所述，在施工過程中，一定要了解焊接工藝，采用合理的焊接方法和控制措施，以便減少和消除焊后殘余應(yīng)力和殘余變形。在實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累焊接經(jīng)驗(yàn)，綜合分析考慮的各種因素，可以保證工程中的焊接質(zhì)量。