分析和控制钢结构焊接引起的变形
焊接应力及焊接变形预防措施
钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。
由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。
本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。
一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。
在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。
这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。
而焊后，在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。
焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。
二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。
2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。
(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。
桥梁制造中焊接变形的分析及控制
桥梁制造中焊接变形的分析及控制摘要：桥梁作为交通系统的重要组成部分，为确保运输的安全性，必须要加强制造环节的管理，从根源上来预防各种质量病害的发生。
当前的制造工艺中，经常会遇到焊接变形的情况，验收不通过而进行返工处理，花费的时间以及成本更多，以及会延误桥梁工程的建设工期。
因此必须要强调对焊接变形的控制，分析总结问题发生的原因，然后积极采取措施进行控制，不断来提高桥梁制造质量。
关键词：桥梁制造；焊接变形；控制方法随着我国桥梁工程项目的不断增多，相关制造工艺也在同步更新，更多新型技术的应用，可以更好的解决以往制造过程中存在的问题。
焊接变形是桥梁制造常见问题，对工程结构性能有着极大的影响，一旦出现必须要进行返工处理，否则会对后期的桥梁安装带来非常不利的影响。
焊接变形矫正所花费的经济成本以及时间成本，更是进一步强调了制造过程中加强焊接变形管理的必要性。
明确焊接变形出现的原因，然后从桥梁制造工艺特点出发，从不同角度来采取方法措施进行控制，降低变形发生的可能性。
一、桥梁结构焊接变形原因桥梁结构焊接变形十分常见，促使此现象发生是因为在极高的焊接温度影响下，钢结构焊接位置焊缝与热影响区加热和冷却并不均匀，熔敷金属与热影响区的母材因为焊接高热而发生膨胀，不可避免的产生了塑性变形。
当温度逐渐降低后，焊缝以及热影响区的金属会同步收缩，但是因为加热与冷却中未受热金属部分会阻碍熔敷金属与热影响区母材的膨胀和收缩变化，这样焊接完成后，焊缝便会有纵向内应力与横向内应力存在，在此拉应力影响下，焊缝区域会形成纵向收缩与横向收缩，最终出现焊接变形的现象[1]。
另外，桥梁结构焊接处理时，焊接区域必定存在着加热与冷却现象，焊件不可避免的会发生热胀冷缩的变化，这样在焊接完毕后便会出现焊接变形的问题。
可以确定导致焊接变形的根本原因即作业时大量的热量输入，加热区和附近区域的金属温度不断升高出现热膨胀。
同时周围金属存在的约束作用，以及高温下金属屈服强度持续下降，金属便会产生压缩塑性变形。
钢结构施工工艺焊接技术与质量控制
钢结构施工工艺焊接技术与质量控制钢结构在建筑领域中扮演着重要的角色，广泛应用于高层建筑、工业厂房、桥梁等工程中。
而钢结构的施工工艺中，焊接技术和质量控制是非常关键的环节。
本文将重点探讨钢结构施工工艺中的焊接技术与质量控制，并提出一些有效的方法来确保施工质量。
一、焊接技术1.选择合适的焊接方法钢结构的焊接常常采用电弧焊和气体保护焊，根据具体情况选择焊接方法。
电弧焊适用于较大工件，而气体保护焊适用于细小构件。
同时，根据焊接部位和焊缝情况，选择合适的焊接位置、角度和电流参数。
2.严格遵循焊接操作规程焊工应按照焊接操作规程进行操作，包括焊接前准备工作、焊接参数设定、焊接顺序等。
同时，焊工应具备专业技能，熟悉焊接工艺，并进行相关培训和考核。
3.控制焊接变形焊接过程中，由于热影响，钢结构会发生一定的变形。
为了控制变形，可以在焊接前进行预拉伸处理，采用分段焊接的方法，并在适当的时候进行冷却处理。
二、质量控制1.焊缝检测焊缝的质量对钢结构的强度和稳定性起着重要作用，因此必须进行焊缝检测。
常用的方法包括目视检查、超声波检测、射线检测等。
焊缝应符合相应规范要求，不得存在缺陷和裂纹等问题。
2.材料质量控制钢结构的材料质量直接影响到焊接质量和结构的强度。
因此，在施工过程中，应对材料进行严格的检验和选择，确保材料符合相关标准。
3.焊接参数控制焊接参数是影响焊缝质量的重要因素，包括电流、电压、焊接速度等。
通过调节和控制焊接参数，可以保证焊缝的质量和稳定性。
4.质量记录与追溯施工过程中应建立完善的质量记录和追溯体系。
包括焊接工艺记录、焊接参数记录、焊工技术评定记录等。
同时，对于每一道焊缝应进行标识，并建档保存，以便后期追溯和检验。
总结：钢结构施工工艺中的焊接技术和质量控制是确保施工质量的重要环节。
通过选择合适的焊接方法，严格遵循焊接操作规程，控制焊接变形，可以提高焊接质量。
同时，进行焊缝检测、材料质量控制、焊接参数控制和质量记录与追溯，可以有效地控制焊接质量，确保钢结构的安全性和稳定性。
建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接ansys应力有限元分析(详细图解分析)
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
车体组焊扭曲变形分析及解决措施
车体组焊扭曲变形分析及解决措施摘要：文章针对车体组焊试制变形的原因进行了简单的分析，提出了车体钢结构组焊工艺，并介绍了解决变形的措施。
关键词：车体组焊；扭曲变形；工艺要点；1焊接变形的定义以及产生原因1.1焊接变形的定义物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。
由焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。
1.2焊接变形产生的原因产生焊接变形的因素很多，其中最根本的原因是焊件受热不均匀，其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚度不同所致，下面着重介绍影响焊接变形的因素。
1)金属的焊接是一个局部的加热过程，焊件上的温度分布极不均匀。
在焊接过程中，由于不均匀加热，使焊缝和母材的受热部位在膨胀和冷却收缩时受到约束，最终导致焊后产生纵向和横向变形。
2)焊缝金属的收缩，当焊缝金属冷却、由液态转为固态时，其体积要收缩。
由于焊缝金属与母材是紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩，这将引起整个焊件的变形。
3)金属组织的变化，钢在加热及冷却过程中发生相变可得到不同的组织，这些组织的比体积不一样，由此也会造成焊接变形。
4)焊件的刚性和拘束，刚性是指焊件抵抗变形的能力，而拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。
焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大2车体钢结构组焊工艺2.1底架工艺流程：（①枕梁组焊→加工、②缓冲梁组焊、③牵引梁组焊→安装座铆接）→端部底架组焊→底架框架组焊→波纹地板铺设焊接→底架翻转焊接→焊缝PT探伤→底架零件安装→交检。
端部底架组焊工艺要点：以阿根廷电动车组枕梁为例，它采用上下盖板、枕梁腹板、空簧座板与牵引销座板组焊后整体加工工艺。
加工过程：枕梁组成反放于平台上→划线→空气弹簧垫板平面、孔加工→牵引销轴平面、孔加工。
底架框架组焊工艺要点：1）针对底架枕内横梁下翼面车下吊挂单元眼孔定位方式，工艺采用底架横梁精定位方法实现，并通过单元检测样板检测，跟踪前3台车，验证焊接收缩量，根据实施情况再做修正。
钢结构工程焊接技术重点、难点及控制措施
技术与检测Һ㊀钢结构工程焊接技术重点㊁难点及控制措施李长海摘㊀要:钢结构工程是当前工程建设中的重要结构部分之一ꎮ结构的使用对提高整个工程的施工效率ꎬ促进各项施工工作的科学发展ꎬ提高工程整体质量施工的稳定性具有十分重要的作用ꎮ但在钢结构工程施工中ꎬ相关作业人员意识到钢结构工程本身是一个复杂的工程ꎬ需要团队的协调配合ꎬ才能推动钢结构施工作业按作业方案实施ꎬ提高整体施工水平项目的ꎮ那么ꎬ在钢结构施工作业中ꎬ焊接作业作为一个重要的组成部分ꎬ如果相关的焊接工作不能及时完成ꎬ很容易在后期的作业中造成钢结构的脱节ꎬ这将对工程的长期运营产生不利影响ꎮ因此ꎬ在当今钢结构工程施工作业中ꎬ控制焊接工艺是十分必要的ꎮ关键词:钢结构工程ꎻ焊接技术ꎻ重点ꎻ难点ꎻ控制措施一㊁导言钢结构焊接时ꎬ由于焊接热源的不均匀加热而引起的结构形状和尺寸的变化称为焊接变形ꎮ在变形的同时ꎬ内部结构也会产生应力和应变ꎬ因为此时结构不承受外力ꎬ存在这些应力ꎬ所以这些应力属于内应力范畴ꎬ称为焊接残余力ꎮ属于自平衡内应力的非均匀分布ꎮ焊接变形和应力是焊接过程中不可避免的现象ꎮ它们会影响焊接结构的尺寸精度和焊接接头的强度ꎬ需要花费大量的人力物力进行校正和修复ꎬ甚至报废零件ꎮ此外ꎬ焊接变形和应力对焊接结构未来承载能力的影响也不容低估ꎮ焊接残余应力和焊接变形是存在于同一构件中的不同形式的能量ꎬ它们受同一构件中存在的不同形式的能量的制约ꎬ并遵循能量守恒定律ꎻ它们相辅相成ꎬ相互转化ꎬ减少的一方必须增加另一方ꎮ二㊁钢结构工程焊接技术重点和难点分析在钢结构工程的实际焊接工作中ꎬ一方面由于焊接过程中的外部热效应的不均匀现象ꎬ很容易在很大程度上引起外应力的变化ꎬ导致焊接变形异常ꎻ另一方面ꎬ焊接工人的操作技术水平较低ꎬ而且做不到未结合焊接工作控制焊接应力ꎮ焊接作业过程中存在一些不熟悉的现象ꎬ也会引起焊接裂纹㊁气泡等不良现象ꎮ针对以上问题ꎬ在实际钢结构工程焊接中ꎬ控制焊接变形ꎬ提高焊接质量ꎬ减少气泡和缝隙的发生是十分必要的ꎮ三㊁焊接变形与应力的控制(一)焊接变形的控制措施焊缝的横截面积应尽量减小ꎮ焊接量应根据连接需要确定ꎮ焊缝强度也应根据有效焊脚尺寸确定ꎮ焊缝金属过多和凸出并不能提高焊缝强度ꎬ反而会不断增大应力集中系数ꎬ削弱坡口的整体性能ꎮ在对接焊缝和对接焊缝后半部分采用Ｕ形刨边的方法形成Ｕ形坡口ꎬ从而进一步降低焊缝金属含量ꎮ为了减少焊缝数量ꎬ应尽量采用多层多道焊ꎬ尤其是焊板的焊接ꎮ焊缝应尽量对称ꎬ焊缝应靠近中性轴布置ꎬ以减少钢板的变形ꎮ中性轴周边焊缝的平衡处理:根据两个收缩力相互平衡的原理ꎬ焊缝对称焊接ꎮ为了有效地控制焊接变形ꎬ可以在焊接设计和具体实施中对焊缝进行平衡处理ꎮ反焊焊焊垫ꎮ当焊接程序从左向右进行时ꎬ每次焊接应从右向左进行ꎬ这是分段侧焊方法ꎮ在焊接板的焊接过程中ꎬ内焊板会产生热量ꎬ焊接板在热的作用下会膨胀ꎬ在一定的时间内ꎬ两块焊接板会分开向外ꎬ但在由内向外扩散的过程中ꎬ焊盘的膨胀会使焊接板不断向内闭合ꎮ焊接采用抗变形力法ꎮ在焊接前ꎬ通过补偿焊件ꎬ可以有效地利用收缩力ꎮ例如ꎬ在焊接前ꎬ可以对部分焊件装配进行偏移ꎬ这样焊件组合的预偏移可以适当地将收缩半空间恢复到设定的位置ꎮ焊接前预拱或弯曲待焊接零件是使用抗变形力抵消收缩力的一个简单示例ꎮ(二)控制焊接残余应力的技术措施为了减小焊缝尺寸ꎬ降低结合焊缝强度ꎬ合理安排焊接顺序ꎬ削弱焊件的刚度ꎬ为自由收缩创造条件ꎮ(三)防治焊接裂纹的技术措施焊接材料的选择应科学合理ꎬ并有效控制焊缝中现有的化学物质ꎬ减少硫㊁磷等易产生偏析的元素含量ꎬ避免产生热裂纹ꎮ对焊接工艺参数进行有效控制ꎬ保证焊缝截面的深宽比满足焊接工艺要求ꎬ使热输入在允许范围内ꎮ做好焊前预热和焊后缓冷处理ꎬ以改善和控制焊接接头ꎬ从而提高热影响区和焊缝的整体性能ꎬ避免冷裂纹ꎮ(四)减少焊接应力集中的控制措施焊接设计时ꎬ应完整㊁光滑㊁连续ꎬ尽量避免出现焊缝重叠㊁密集的情况ꎮ焊缝之间的距离不得小于１００ｍｍꎮ无论中心线是否对称ꎬ对于不等厚板的对称焊接接头ꎬ厚板均应切割成斜面形状ꎬ然后对中ꎮ焊缝应布置在最有效的位置ꎬ以达到焊接量最少㊁效果最佳的目的ꎮ焊接位置应布置在便于焊接和检查的地方ꎮ在焊接接头板的根部设置一个平缓的过渡ꎮ把肋骨末端的尖角切掉ꎬ把盘子的末端包起来ꎮ(五)钢结构变形的预防合理安排焊缝ꎬ避免焊缝间距过小ꎮ当构件所用材料尺寸大于零件长度时ꎬ应尽量减少或不设置拼接焊缝ꎮ焊缝布置应与构件的重心或轴线两侧成比例ꎬ以减少焊接应力集中和焊接变形ꎮ对称零件的尺寸或孔径均匀ꎬ以便于加工和组装时的互换性ꎮ零部件的连接不应出现截面和厚度不等的情况ꎬ连接时应根据缓坡改变截面形状和厚度ꎬ使对接接头的截面或厚度相等ꎬ以达到传力顺畅㊁受力均匀的目的ꎬ防止焊接后应力过大ꎬ增加变形ꎮ钢结构各节点处各构件端缘之间的距离不宜过近ꎮ由于焊接过程中应力集中而引起的变形一般不应超过２０毫米ꎬ因此应保证焊接质量ꎮ四㊁结束语钢结构以其独特的优势ꎬ在建筑业中得到越来越广泛的重视和应用ꎮ在 大力发展钢结构 的方针指导下ꎬ我国钢结构发展的历史机遇已经到来ꎮ钢结构焊接技术是钢结构质量的基础ꎮ从焊接应变和变形的控制㊁降低焊接应力集中的设计㊁安装焊接工艺㊁防止钢结构变形等方面阐述了钢结构工程焊接技术的重点㊁难点及控制措施ꎮ作者简介:李长海ꎬ男ꎬ山东省桓台县ꎬ研究方向:焊接ꎮ７２１。
钢结构制造中焊接变形的控制方法
试析钢结构制造中焊接变形的控制方法摘要：本文主要由一些常见的桥梁、建筑物、船以及一些容器中的一些钢结构在制造的方面出现的焊接变形的问题来分析，并且提出一些避免钢结构在焊接过程中出现变形的控制办法。
关键词：钢结构制造焊接变形控制方法中图分类号：tu37文献标识码： a 文章编号：钢结构的焊接变形主要是因为在焊接时的受热不均而造成的，这在钢结构的制作和生产中是非常常见的问题。
怎样才能够控制住焊接变形在钢结构的制作方面是非常重要的，并且也是十分困难的。
一些单位由于不能够很好地控制钢结构的焊接变形导致了产品的废弃，浪费了材料，如，自行车的车梁、钢平台等，这就会导致大量的资源浪费，还会使企业的信誉和技术下降，延长了工期。
对船舶的甲板和建筑的焊接变形的控制要是船上的甲板和上层的建筑在生产的过程中，焊接的变形太大，就会影响到船舶的表面美观与质量，所以大多数的船舶生产单位都会花费很多的经历来避免焊接变形的过度，提高船舶表面上的质量。
但是因为船上的甲板尤其是上层的建筑通常板子的厚度都很薄，结构又多，部分的位置上进行焊接的热传递频率会很高，焊接的应力就会使得板子出现不稳定的状态，所以会产生波浪的变形。
通过对以往的成功经验的分析，能够应用这样的工艺来控制焊接变形：全部的纵缝一段都必须要先焊接好角钢，主要是为了强化钢板部分的刚性能，并且还需要使用二氧化碳气体来对焊接过程进行保护，在焊接的过程中需要将焊接的人员分散，还要进行分段的退焊，缝口的质量一定要在规定的区域之内，不可以产生非常大的缝口。
全部的围壁板的材料仅仅能将点固定来实施焊接，如果围壁板和甲板以及围壁板和围壁板之间的缝隙都焊接好之后，才能够使用下行的焊条来焊接扶强材和围壁板之间的缝隙，全部需要焊接的缝隙都一定要认真地根据设计的标准来进行，不可以出现随便地改变焊接角度、焊接距离等问题。
通常这样就能够对焊接变形起到有效的控制作用，部分发生变形的地方也能够通过火焰的矫正方式来修正，就能够符合设计的规定。
影响水电站钢结构焊接变形的因素与质量控制
影响水电站钢结构焊接变形的因素与质量控制摘要：水电站钢结构质量的好坏和焊接施工密切相关，然而焊接变形却影响了水电站整体工程的质量，因此一定要做好焊接变形的质量控制。
本文介绍了水电站钢结构焊接变形的种类及其影响因素，从焊前控制、焊接中施工技术、焊后热处理三方面提出了控制焊接变形的措施，为焊工施工提供操作依据，提高钢筋焊接水平，确保钢筋焊接质量。
关键词：水电站；钢结构；焊接变形；质量控制abstract: hydropower station steel structure the stand or fall of quality and welding construction, however, closely related to the welding deformation is affects the whole hydropower station engineering quality, so must do the quality control of welding deformation. this paper introduces the hydropower station steel structure types of welding deformation and its influencing factors, from before welding, welding control in construction technology, postweld heat treatment three aspects put forward control welding distortion measures, for welding construction to provide the basis for operation, improve the steel welding level, ensure that steel welding quality.keywords: hydropower station; steel structure; weldingdistortion; quality control中图分类号： tv73 文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013）前言焊接变形是焊件在焊接过程中产生的变形，是钢结构制造中所遇到的一个普遍问题。
浅议钢结构制造中焊接变形的控制方法
１ ３ ＃ 、１ ４ ＃ 零件两端连接 缝进行焊接。焊接完成后进行翻转 。在上逑 操作 完成之后 ，对焊渣进行清洗 ，并补焊不合格位置 。
Ｉ 璺 Ｉ １ 自动 扶 梯 桁 架 结 构 焊 接 意 图
大焊缝 的焊接作 业。同时，焊接过程 中还需要遵循 以下几个方 面的 基本原 则：（ １ ）短缝先于长缝进行焊接 ；（ ２ ）内侧缝 先于外侧 缝进
的参 考 与 帮助 。
图 １所示 ，先针对 ｌ ＃ 、６ ＃ 、１ ０ ＃ 零件两端与弦杆 连接缝进行焊接 。
焊 接 完 成 后 进 行 翻 转 ； 进 而针 对 ４ ＃ 、８ ＃ 、１ １ ＃ 、１ ２ ＃ 零 件 两 端 连 接 缝 进 行 焊 接 。焊 接 完 成 后 同样 进 行 翻 转 ；最 后 针 对 ２ ＃ 、３ ＃ 、７ ＃ 、９ ＃ 、
【 关键词 】 钢 结构 ；桁架 ；焊接变形 ； 机理 ； 控 制方法；分析
产生焊接变形的最主要原因在于 ：钢 结构在焊接过 程当中的加 热不够 均匀。在当前技术条件支持 下，焊接变形 是各 类钢 结构制造 过程 中 最 为 普 遍 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 。本 文 试 针 对 以上 相 关 问题 做 详 细 分 析 与 说 明 。 １钢 结构 制造中焊 接变形的产生机理 在 当 前技 术条 件 支 持 下 ， 钢 结 构 在 应 用 过 程 中有 着 施 工 方 便 、 质量轻 、高强度 、以及高塑性等多个方面的应用优势 ，因此被广泛 应用于各类建筑施 工作业当中 。而在钢结构 的制造过程 当中，焊接 的过程 直观 来说就是一个持续性高温加热 的过程 。在 熔点位 置极限 高热温 度的影响作用之下 ，导致熔 点周边金属无法 实现 自由行的膨 胀，最终于焊接过程 中产生塑性变形 。为最 大限度的保障钢结构制 造质量，就需要相关人员针对焊接变形加 以严格且有效的控制。 ２钢结构制 造中焊 接变形 的控 制方法 对于钢结构 ，特别 是桁架结构而言 ，焊接作业 中的变形 问题是 不可避免的 。特别是对 于规模 相对较大 、结构相对复杂的桁架结构 制造作业而 言，若 无法在 实际工作中对焊接变形 问题进行严格且有 效的控制 ，则势 必会对 整个钢结构制造工程 的质量 、工期 、成本等 因素产生极 为不 良的影响 。因此 ，如何在钢结构制造 中，针对 焊接 变形加 以严 格且 有效的控制 ，这一 问题就显得 至关 重要的。结合实 践工作经验 来看 ，需要结合工程实 际，选取 并设计 最合理的焊接方 法 以及焊接 顺序 ，同时需要通过增加约 束力 水平的方式，来实现对 焊 接 变 形 的 有 效 控 制 ，且 配 合 对 焊 接 坡 １ ： ３的 有 效 控 制 ， 确 保 焊 接 质 量稳定可 靠。具体而言 ，可归纳为 以下几点 ： ２ ． １ 设 计 并 实 施 合 理 的焊 接 方 法 以及 焊 接 顺 序 本 文 现 结 合 工 程 实 例 ， 研 究 焊 接 方 法 以及 焊 接 顺 序 的合 理 性 ， 对 桁 架 结 构 焊 接 变 形 控 制 质 量 的 影 响 情 况 。例 ：某 自动 扶 梯 桁 架 采 取角钢与槽钢相配合 的方式焊接而成 。焊接过程 中的基本 参数 为： 斜拉角钢 （ Ｌ ６ ３ ｍ ｍ ＊ ６ ｍ ｍ ） ；槽 钢 （ Ｕ ８ Ｏ ｍ ｍ ） ；弦 杆 （ Ｌ １ ２ ５ ｍ ｍ ＊ ８ ０ ｍ ｍ ＊ １ ０ ｍ ｍ ） 。 在对桁架结 构进 行焊接之后发现 ：受到整个桁架结 构跨度 、长度较 长 的因素影 响，导致焊接变形 问题对整个结 构尺 寸产生了极为深远 的影 响。因此 ，为最大限度的消除桁架结构焊接过程中的变形 问题 ， 就需要重 点关注 对焊接方法 以及焊接顺序的合理设计 。 自动扶梯桁架结构焊接 过程中所表现 出的焊缝集中 出现在扶梯 两侧 的单片且偏下部位置 。因此，在针对同一单片进行焊接作业 的 过程当中 ，应 当尽量选 取能够 实现热量分散 、以及对称性分布 的焊 接作业方法 。实 际工 作中可以采取 “ 跳焊 ”作业方式 ，防止在焊接 过程中 ，工件呈 现出局部性的加热集 中问题 ，首先完成对 收缩 量较
海上平台钢结构建造的变形控制
建材发展导向2018年第14期30在当前大量的海上平台中，钢结构是主要的一种结构，其模式具体表现为H 型钢、L 角钢以及C 槽钢，对应的还有钢板铺设。
而连接平台钢结构的主要方式为焊接形式，表现为全部满焊，所以工作量非常巨大，工作过程中也存在不少问题，对工作人员提出了很高的要求。
在这些存在的问题中，预防并矫正焊接变形工作成为了确保质量的关键。
1 海上平台钢结构出现焊接变形的表现及原因分析1.1 海上平台钢结构焊接变形的表现当前，很多海上平台钢结构建造过程中出现焊接变形的问题主要来自焊接的过程操作，而焊接工作完成后产生焊接变形问题的情况也存在，这些问题都对海上平台钢结构焊接的质量产生直接的影响，表现形式为不同程度的局部变形甚至是整体变形。
此外，也可以将其分为弯曲变形、扭曲变形以及收缩变形几种，出现的变形情况最多的是整体变形，这就对整个钢结构质量与性能产生极大的负面影响。
1.2 海上平台钢结构焊接变形原因海上平台钢结构在进行焊接的过程中，很多操作都是工作人员针对局部进行加热来焊接不同的构件，但是在实际操作的过程中很有可能因为加热的程度不同，比如不均匀或是不彻底而导致其受到热胀冷缩物理特性的影响，钢结构受热面积不均匀，冷热的程度不够，那么在焊接过程中或是完成焊接以后就会出现不同的尺寸，对钢结构整体的质量产生极大的影响。
2 海上平台钢结构变形控制措施2.1 设计方面钢结构的科学合理设计是有效控制焊接变形的重要环节，工作人员要注重在对其进行设计时，全面了解并掌握各种焊接变形的分类情况，结合不同种类的特点与预防措施，选择正确的焊接方式与尺寸，设计出与标准要求相符的方案。
首先就要控制好焊缝的数量与尺寸，必须从减少焊缝数量，尽可能缩小尺寸着手，因为一旦焊缝数量较多，尺寸大，那么钢结构性质的稳定就需要更多的热量输入，要求也就更高，一旦不符合要求就会直接导致焊接的变形，所以工作人员在钢结构节点设计的阶段就要结合实际的要求有效控制焊缝的数量与尺寸，预防出现焊接变形的情况。
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《钢结构焊接的变形控制》 中国葛洲坝集团机械船舶有限公司 钢结构厂 任成科
摘 要 在钢结构的焊接过程中，由于焊接区域的局部收缩和应力作用将产生焊接变形，焊接变形会影响钢结构的尺寸精度安装要求和施工进度阐述了焊接变形的控制方法和减小焊接应力的一些措施从焊缝坡口设置选择合理的焊接顺序采取反变形措施和对称焊接四个方面可有效减小钢结构的焊接变形；从焊缝设计焊接材料和焊接参数选择焊接工艺布局适当的热处理措施和振动时效处理五个方面来降低钢结构的焊接应力。 关键词 焊接变形；应力；控制措施
Abstract: In the steel structure welding process，obviously welding
deformation is produced in structure welding because of local shrinkage and stress．The welding deformation are key influencing factors of structural size accuracy installation and construction schedule．This paper mainly expounds the welding deformation control method and some measures to reduce the welding stress．Take necessary measures such as reasonable design the rational choice of welding sequence，take some instead deformation measures and welding symmetrically method can effectively reduce the welding deformation．The five measures are used principally to relieve internal strains of the structure welding such as welding design welding material and parameter selection process planning the necessary heat-treatment and vibration again．
Keywords :welding deformation；stress；control measure 1.绪论 焊接变形是钢结构生产安装过程中不可避免的问题，且焊接变形对钢结构的质量会有一定的危害性。随着钢结构在建筑领域的广泛应用，建筑钢结构的焊接变形问题日益突出。对焊接变形的准确预测是有效控制焊接变形的关键。虽然目前对焊接变形预测方法的研究已取得很大进展，但是现有研究成果主要着眼于机械制造领域，在具有较高分析预测精度的同时也对计算条件、计算成本、技术人员知识水平等方面提出了较高要求。现有焊接变形预测方法的特点使其无法广泛 应用于建筑钢结构领域。 随着我国火电装机容量的不断扩大，电站钢结构需求迅猛发展，焊接技术在钢结构的制作中得到了大量的应用在焊接过程中，不均匀温度场及其引起的局部塑性变形和比容不同的组织不可避免地会产生焊接应力和变形[1]，如何有效地减少应力和变形成为研究的焦点焊接应力会影响焊接接头的韧性疲劳强度和抗腐蚀能力，而变形则会影响产品的几何尺寸和装配质量焊接变形是应力作用的宏观表现，焊接变形有收缩变形角变形弯曲变形波浪边形扭曲变形五种形式[2]。
2.钢结构焊接变形的起因分析 （1）钢结构总焊缝的位置不同，其所产生的变形形态和程度都会不同，不同的焊缝位置均会有不同程度的变形形态产生，这多由于不同形态的结构，如坡口角度以及接头形式等所造成重力性的变形。 （2）由于结构的刚性而引起的变形，在受力情况相同的条件下，对于刚性相对较大的结构而言，其变形程度相对较小，反之则变形程度相对较大。例如，对于钢结构较薄的结构而言，当其同小而重的钢结构结构焊接的时候，刚性相对较 小的薄片钢结构更易产生变形。 （3）由于焊接的顺序以及钢结构装配方法不同，钢结构焊接过程中所产生的变形程度也不同，例如刚性相对较弱的刚结构若焊接时对其的荷载增加，就极易导致其发生变形。 （4）焊接材料不同，钢结构焊接之后因热胀冷缩也会产生不同程度的变形，通常而言，焊接材料线膨胀系数更大，则钢结构焊接变形的程度也相对较大。例如，采用铝材进行焊接，其变形几率较碳钢材料而言更大。 （5）由于焊接方法不同，钢结构进行焊接的过程中，由于焊件受热而引起其温度的升高，此时，钢结构体积越大，则其因受热发生变形的几率就越大，因而焊接变形的程度也越大。
3.控制焊接变形的方法 (1)坡口设置。 合理设置坡口可以有效减小焊接变形。如对于拼接焊缝，特别是厚板的拼接焊缝，为了减少焊后变形，将坡口设置成非对称坡口，如图1所示。
图1 焊接坡口设置 具体方法是：先焊坡口较深一侧的13，翻转背面焊接完成后，再翻过来焊接剩余的23 两次翻转接完成整条拼缝实践证明，此方法翻转次数少，焊接变形 小，生产效率高。 (2)选择合理的焊接顺序。 选择合理的焊接顺序既能减小焊接应力集中，又能防止焊接变形。如腹板较宽需多块钢板拼接时，应先焊横焊缝，后焊纵焊缝，如图2所示。
图 2合理安排焊接顺序 图2中有四处焊缝，焊缝1、2、3 可互换焊接顺序，但焊缝4必须在焊缝1~3 焊接完成后才能进行焊接，这是因为焊缝1~3 焊接完成后会产生横向收缩，再焊接焊缝4（ 产生纵向收缩）时已得到释放如果全部点焊后不论顺序焊接，在丁字口处容易产生应力集中，且钢板焊后易产生波浪状变形[3]。 （3）反变形措施。 反变形措施常用在角焊缝的焊接中，特别是薄翼板与腹板的焊接，如图3 所示的叠梁，叠板1、2厚度只有25mm 。在与腹板焊接时两端易产生向腹板方向的翘曲变形，为了保证叠板1、2 中间的贴合面要求，采取反变形措施见图3a ，通过焊接热输入精确计算变形量b，这样叠板 1、2与腹板焊接后基本能恢复到平直状态见图3b。 图 3反变形措施 （4）对称焊缝采用对称焊接施工。 对于截面形状对称、焊缝分布均匀，且是对称构件，应采用对称焊接施工。如腹板上的筋板，筋板的两侧均与腹板焊接，因此焊接时应由两名焊工在筋板两侧同时施焊，这样焊后筋板才能基本垂直于腹板，很少校形；否则焊完筋板一侧再焊另一侧，由于焊接变形，焊后筋板很难垂直于腹板，需大量火焰矫正。
4.减少焊接应力的措施 （1）焊缝尺寸的选择。 焊缝应力是由焊接区域热胀冷缩形成的，焊接区域越小，热输入就越少，变形也越小，如小角度坡口厚板、尽量采用双面坡口。 （2）合适的焊接材料和焊接参数 焊材选择适当可有效降低焊缝中淬硬组织的形成和应力集中，提高焊缝金属的塑性、韧性和抗裂性能。通常都是使焊缝金属的含碳量低于母材，依靠提高焊 缝中硅、锰含量来达到与母材等强度[4]。焊接参数中的焊接线能量与焊接变形成正比，焊接线能量越大，则焊接时产生的塑性变形越大，应力越大，焊后变形也越大，反之则越小[5]。 (3)合理的焊接工艺。 对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊改成分段焊接，分段焊时在接头处要交错覆盖对方的接头，避免接头对齐。分段焊时注意焊接变形，温度太高时要停下来缓冷或翻转焊接背面；多件焊接时要先焊拘束度大的构件，后焊拘束度小的构件；三面焊接时可适当地改变焊接方向，从中间向两侧焊接。 （4）热处理措施。 采取适当的热处理措施，既能消除应力和变形，又能防止产生裂纹如厚板下料和焊接前应进行预热，因为预热可降低焊缝金属和热影响区的冷却速度，抑制淬硬组织马氏体的形成，避免气割边缘和焊缝产生较大的应力。如厚度大于100mm 的低合金钢板预热温度应高于 100℃，加热范围为切割线或坡口两侧150-200mm 焊后进行缓冷或后热，以利于焊缝中扩散氢的逸出，避免氢富集产生应力，后热温度高于 150℃，保温 2~3小时消除应力的退火处理除了可使氢逸出外还能改善组织性能，退火处理温度550℃~600℃。 （5）采取振动时效的方法消除应力。 对于不易进行焊缝退火处理的大型结构件可进行振动时效的原理是给工件施加一个与固有谐振频率相一致的周期振动力，使其产生共振，从而产生一定的共振能量，使工件内部产生微小的塑性变形，将残余应力造成的歪曲晶格恢复到平衡状态，从而消除或均匀化残余应力 使用该方法具有生产周期短效率高，效果好等优点[6] 。如果生产周期较长，还可以采取振动时效和自然时效相结合的 办法。 综上所述，通过采取适当的设计措施和工艺措施，可以有效地控制钢结构的焊接变形，保证工程质量。由于影响钢结构焊接变形的因素较多，因此出现焊接变形也是难免的。具体问题具体分析，将焊接变形控制在最小范围之内，不要影响到钢结构的尺寸精度和安装技术要求。
参考文献： [1] 陈祝年．焊接工程师手册[M]．北京：机械工业出版社，2002． [2] 史耀武．焊接技术手册[M]．福州：福州科学技术出版社，2005． [3] 美国AWS焊接规范[S]．美国钢结构学会，2000． [4] 李亚江．焊接材料的选用[M]．北京：化学工业出版社，2004． [5] 叶 琦．焊接技术[M]．北京：化学工业出版社，2005． [6] 朱 江．焊接变形的控制和预防[J]．电焊机，2009，39(8)：90－93．