影響焊接變形量的因素較多,有時同一因素對縱向變形、橫向變形及角變形會有相反的影響。全面分析各因素對各種變形的影響,掌握其影響規律是采取合理措施控制變形的基礎。否則難以達到預期的效果。
1)焊縫截面積的影響:焊縫截面積是指熔合線范圍內的金屬面積,焊縫面積越大,冷卻時收縮引起的塑性變形量越大。
2)焊接熱輸入的影響:一般情況下,熱輸入大時,加熱的高溫區范圍大,冷卻速度慢,使接頭塑性變形區增大,不論對縱向、橫向或角變形都有變形增大的影響。但在表面堆焊時,當熱輸入增大到一定程度時,由于整個板厚溫度趨近,因而即使熱輸入繼續增大,角變形不再增大,反而有所下降。
3)工件的預熱、層間溫度影響:預熱溫度和層間溫度越高,相當于熱輸入增大,使冷卻速度減慢,收縮變形增大。
4)焊接方法的影響:在建筑鋼結構焊接常用的幾種方法中,除電渣焊以外,埋弧焊熱輸入最大,在其他條件如焊縫面積等相同情況下,收縮變形最大。手工電弧焊熱輸入居中,收縮變形比埋弧焊小。CO2氣體保護焊熱輸入最小,收縮變形響應也最小。
5)焊縫位置對變形的影響:由于焊縫位置在結構中不對稱,焊縫位置不對稱等將引起各種變形。
6)結構的剛性對焊接變形的影響:結構的剛性大小,主要取決于結構的形狀和其截面大小,剛性較小的結構,焊接變形大;剛性大的結構,焊后變形較小。
7)裝配和焊接規范對焊接變形的影響:由于采取的裝配方法不同,對結構的變形也有影響。整體裝配完再進行焊接,其變形一般小于邊裝配邊焊接。
在工程焊接時間中,由于各種條件、因素綜合作用,焊接殘余變形的規律比較復雜,了解各因素單獨作用的影響便于對工程具體情況作具體的綜合分析。
1)減小焊縫截面積:在得到完好、無超標缺陷焊縫的前提下,盡可能采用較小的坡口尺寸(角度和間隙)。
2)對屈服強度345MPa以下,淬硬性不強的鋼材采用較小的熱輸入,盡可能不預熱或適當降低預熱、層間溫度;優先采用熱輸入較小的焊接方法,如CO2氣體保護焊。
3)厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。
4)雙面均可焊接操作時,要采用雙面對稱坡口,并在多層焊時采用與構件中和軸對稱的焊接順序,如下圖2:
圖2:用雙面坡口對稱焊接順序減小角變形
5)T形接頭板厚較大時采用開坡口角對接焊縫,見圖3:
圖3:T形接頭板厚較大時采用開坡口角對接焊縫
6)采用焊前反變形方法控制焊后的角變形,此法使生產中最常見的一種方法,而預先把焊件作出基本抵消(補償)。
焊后彎曲的反變形,來達到防止焊后變形的目的。表1、圖4分別為箱形柱、H型鋼焊接前反變形參考數值:
圖4 H形鋼焊接前翼緣的反變形量參考值
7)剛性固定法:又稱為強制法。在實際制作中,對于剛性大的構件焊后變形一般較少,對剛性小的構件可在焊前加強構件剛性,焊后變形也響應減小。在采用這種方法時,必須等焊接冷卻后再把夾具和支撐卸去,幾種常見的方法有夾具法、支撐法、胎具法、臨時固定法(如焊釘固定和壓緊固定法)、定位焊接法。
8)錘擊焊縫法:此法主要適用于薄板的焊接。當薄板的焊縫及其熱影響區還沒有完全冷卻時,立即對該區域進行錘擊,對于厚板則用風槍敲擊。
9)采用構件預留長度法補償焊縫縱向收縮變形。
10)設計上要盡量減少焊縫的數量和尺寸;合理布置焊縫,除了要避免焊縫密集以外,還應使焊縫位置盡可能靠近構件的中和軸,并使焊縫的布置與構件中和軸相對稱。
11)正確選擇焊接順序。在鋼結構中同時存在對焊縫和角焊縫時,原則上先焊對焊縫,反焊角焊縫。對十字型焊縫和T字型焊縫,更應采取正確的順序,避免焊接應力集中,保證接頭焊接質量。采取對稱于整個鋼結構的中和軸的焊接和采取從中間相兩段焊接,對減少變形十分有利。對鋼結構中強度要求高的重要部位焊接,應盡量使接頭能自由收縮,不受約束。