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现代建筑栓焊钢结构焊接应力和变形研究 　　【摘要】: 近年来，随着我国的工业发展，钢结构工程在建筑领域被广泛应用。本文将主要讨论焊接残余应力、焊接残余变形的产生和控制。本文简单的介绍了现代建筑栓焊钢结构焊接工艺方法，分析了焊接应力与焊接变形的产生原因提出了一些控制焊接应力的措施和焊接变形的控制及矫正方法。 　　【关键词】:焊接应力;焊接变形;控制措施 　　中图分类号： TL374+.5 文献标识码： A 文章编号： 　　引言 　　在建筑工程钢结构日益发展的今天,形式各样的焊接机械、焊接方法日新月异,焊接技术和焊接质量成了一个关键的课题。但是在施工过程中,由于焊接过程产生总会有一些问题,严重影响着工程的质量、工程的安装进度和结构承载力(即使用功能),因此,需要采用合理的焊接方法和焊接工艺加以控制。 　　一、现代建筑栓焊钢结构焊接工艺方法 　　在操作过程中为防止变形（T型焊缝的角变形及整体构件侧弯超差），各零件的尺寸要精确，在组对时要做到“顶紧”。由于焊缝交叉处40～50mm范围内无法清根（碳弧气刨、磨光机都因位置限制无法处理），因此在零件下料时4个角50mm范围内2mm组对时此处预留出2～3mm组对间隙， 选用CO2气体保护焊，因其焊丝的直径只有1.2mm，直接扎到根部，穿透能力强可保证焊透；由于是气体保护，不易出现夹渣，同时受热面积小，焊后的变形量也较小。为防止整体侧弯和保证焊缝外形的美观，构件要在专用平台上焊接。所有的焊缝填充时不可一次焊完，均要分2次完成。焊接位置尽可能焊平角缝，少焊立缝。依据情况具体确定参数见表1。 　　 　　表1CO2气体保护焊参数表 　　 　　 　　二、焊接应力与焊接变形的产生原因 　　焊接过程中焊接件热量传输的不平衡产生不均匀的温度场，使材料产生不均匀的膨胀与收缩，从而形成内应力场。此外，焊件在热循环的作用下，焊缝内部金属组织发生变化，产生相变应力。持此之外，刚性固定以及焊接件之间相互关联，也会产生焊接应力。室温下，残存于焊接件中的内应力影响焊接结构的力学性能、受压稳定性、尺寸稳定性和加工精度等。 　　1、焊件的不均匀受热 　　（1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形。冷却后，构件就会有残余应力。 　　（2）焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。 　　（3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。 　　（4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布是不均匀的。焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力 　　2、焊缝金属的收缩 　　焊缝金属冷却时，当它由液态转为固态时，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，同时在焊缝中引起残余应力。另外，一条焊缝是逐步形成的，焊缝中先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩，由此也会产生焊接应力与变形。 　　3、金属组织的变化 　　金属在加热及冷却过程中发生相变，可得到不同的组织，这些组织的比容不同，由此也会造成焊缝应力与变形。 　　4、焊缝的刚性和拘束 　　焊缝的刚性和拘束，对焊件应力和变形也有较大的影响。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。刚性是焊件本身的性能，它与焊件材质，焊件截面形状和尺寸有关，而拘束是一种外部条件，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，而焊接应力越小。 　　三、控制焊接应力的措施 　　1、设计合理的焊接顺序 　　在焊接一个焊缝较多的构件时，粗看起来可以由焊工自由处理，按其方便选择焊接顺序。其实不然，我们发现选择合理的焊接顺序， 就有可能抵消或减少由于各条焊缝所引起的变形。 　　图1 选择合理的焊接顺序 　　如图1 A所示，在焊接多块拼接的平板时，应先焊所有的横向焊缝I，因为横向焊缝收缩量较大，应先在横向焊缝得到较好的收缩后再焊纵向搭接焊缝Ⅱ，并从中心向外依次焊接。这样焊后变形较小。对于有对称焊缝的构件(见图1 B)， 　　 　　 　　要尽量注意焊接顺序，使焊接变形相互抵消。 　　2、预热法 　　焊接前对焊接件进行预热，不仅可以减少内应力，而且也是一种减少变形的好方法。焊前将焊件整体或一部分加热，降低焊接过程中的温度场的不平衡性从而减小焊接应力。焊件是否需要预热，需要综合考虑焊件材料的成分、厚度和结构钢都等因素。 在焊接中、高碳钢、合金钢、铸铁等材料时经常采用预热法。低碳钢和有色金属的塑性较好，只有对大截面零件进行焊接和在气温较低的情况下焊接时才进行预热。高碳钢视含碳量不同，可以预热到300℃以上，铸铁零件则应预热到600℃上。焊件越厚、刚度越大的焊接结构，越需要预热。