焊接变形是指材料在高温作用下发生热膨胀和冷却收缩,使被焊接材料产生不均匀变形的现象。焊接变形分类见表4-1。
表4-1 焊接变形分类
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为了预防与减少焊接变形,可采取以下控制方法及措施。
1.设置反变形、预留焊接收缩变形余量
对H形构件,将上下翼缘板预先进行反变形加工,可减少焊接角变形,同时针对不同的板厚、截面、坡口形式,可预留焊接纵向变形和横向变形的收缩余量,以抵消焊接变形,提高构件加工的尺寸精度。反变形设置如图4-8所示。
图4-8 反变形设置
2.设置工装夹具约束变形
设置工装夹具,以约束构件焊接变形。此类方法一般适用于异形厚板构件。因为造型奇特、异形、断面尺寸各异,所以异形厚板构件在自然状态下焊接,其尺寸与精度难以保证。这就需要根据构件的形状来制作工装夹具,使构件处于固定状态下进行装配、定位,再选用合理的焊接工艺和焊接方法对其焊接,从而使焊接变形降至最低限度。
3.采用合理的焊接接头
在满足施工设计要求的条件下,深化设计的焊接接头应尽可能采取以下几种措施。
1)尽量采用双面坡口,减小焊接应力。
2)构件装配时尽量设置小的间隙,减少焊缝金属填充量。
3)尽量减少构件上的焊缝数量及焊脚尺寸。
4.采取合理的焊接顺序
1)钢构件的制作、组装应该在一个标准的水平平台上进行,应确保组件具有足够的承受自重的能力,并不会出现组件下挠或失稳现象,以满足构件组装的基本要求。组装过程中应尽可能先装配成整体再焊接。
2)对截面形状、焊缝布置均匀对称的钢结构构件,应采用对称焊接(见图4-9)。不对称布置的焊缝,则应先焊焊缝少的一侧,后焊焊缝多的一侧,以减小总体焊接变形。
图4-9 对称焊接
3)对于长焊缝,在可能的情况下将连续焊改成分段焊,并适当改变焊接方向,使局部焊缝造成的变形减小或相互抵消。
5.减小焊缝在焊接时的拘束度
在焊缝较多的组装条件下,应根据构件形状和焊缝的布置,采取先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝,以达到减小焊接应力的目的。为了减小变形,必须对每条焊缝正背两面分阶段反复施焊,或同一条焊缝分两个时间段施焊,同时必须加强焊缝预热的控制工作。
6.采用补偿加热法
补偿加热法是一种按焊接热量在焊接位置的反面“均匀、对称”补偿加热来控制焊接变形的方法。当厚板结构整体焊接存在不对称时,极易造成构件扭曲、旁弯等变形,且难以进行矫正,采用补偿加热法可基本消除厚板的这种焊接变形。