2024年第二届钢结构智能高效焊接技术交流会

会议公告

2024年5月14日至16日，“第二届钢结构智能高效焊接技术交流会”将在广东广州准时召开。 届时，行业顶尖专家学者将为我们带来内容丰富的技术报告。

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焊接对于钢结构来说是一把双刃剑。 它不仅使钢结构的施工速度更快，而且极大地影响钢结构的质量。 钢结构在焊接过程中的变形是不可避免的，但可以通过合理的操作措施来控制。 今天我们就来了解一下焊接变形的原因以及控制方法有哪些？

焊接变形叮叮声的原因及控制方法

焊接变形危害很大，因此要控制变形的材料和设备；

材料性能影响大，低膨胀，高弹性变形，变形小；

工艺参数必须明确，焊接方法必须正确；

薄板小电流焊接，厚板多道焊接，焊接均匀；

结构设计要简单，板材可用型钢代替；

采用厚板代替薄板，减少筋焊缝数量；

焊道应对称，应力偏移变形应小；

控制变形的方法有很多种，需要找到参数设计的秘诀；

反向变化约束是最常用的，留有足够的余量以防止收缩变化；

复杂结构单元化，拼接总装变形小；

焊缝结构不对称，以较少的焊缝开始焊接是最有效的；

不用担心焊缝是否对称，偶数个工人同时焊接；

长缝焊接变形大，需采用两人对称拆焊方式；

单人焊接也可以，分段跳焊最实用；

认识变形的本质，不愁解决问题；

实践经验最重要，大家要牢记在心。

变形类型

01

线性变形

1、纵向变形：由焊缝纵向收缩引起；

2、横向变形：由焊缝横向收缩引起；

02

角变形

角焊缝上层焊接量大，收缩量大。 因此，角变形主要是由于焊缝在其高度方向上横向收缩不均匀造成的。

03

弯曲变形

对于T形截面，焊缝的收缩相对于重心有偏心，从而导致截面向上弯曲。 因此，弯曲变形是由偏心焊缝的纵向收缩引起的。

04

扭转变形

钢结构在焊接过程中，一些特殊的结构形式可能会出现波浪形或螺旋形变形，称为扭转变形，其原因很复杂。

影响焊接变形的因素

焊接变形的主要原因是由于焊接过程中焊件局部受热不均匀，以及随后的冷却不均匀以及结构本身或外部刚性约束等造成的。 通过力、温度和结构等因素，产生焊接变形。 焊接接头区域出现不均匀的收缩变形。

01

1）物质因素

主要是由材料本身的物理性能，特别是材料的热膨胀系数、屈服极限和弹性模量造成的。 膨胀系数越大，材料的焊接变形越大，弹性模量增大。 焊接变形会相应减小，而较大的屈服极限会导致较高的残余应力，增大变形。 不锈钢的膨胀系数比碳钢大，因此相同厚度的两种材料之间不锈钢的焊接变形倾向比碳钢大。

02

2）结构性因素

焊接结构的设计对焊接变形影响最为关键。 总的原理是，随着约束程度的增大，焊接残余应力增大，焊接变形相应减小。

1.结构刚度是结构抵抗拉伸和弯曲变形的能力。 主要取决于结构的截面形状和尺寸。

2、当钢结构刚度不是很大时，如果结构中焊缝布置对称且焊接程序合理，则只会发生线收缩； 当焊缝排列不对称时，也会产生弯曲变形； 焊缝断面与接头的重心 当断面重心处于同一位置时，只要焊接工艺合理，只会发生线性缩短； 当焊缝断面重心偏离接头断面重心时，也会产生角变形。

03

3）工艺因素

主要影响因素有焊接方法、焊接热输入（电流和电压）、元件定位或固定方法、焊接顺序以及焊接夹具的使用。 影响最大的是焊接顺序。

1、焊接电流大、电极直径粗、焊接速度慢会造成焊接变形大；

2、自动焊变形小，但焊接厚钢板时，自动焊的焊接变形比手工焊稍大；

3、多层焊接时，第一层焊缝的收缩量最大，第二层和第三层焊缝的收缩量分别为第一层的20%和5~10%。 层数越多，焊接变形越大。 ;

4、间断焊缝比连续焊缝收缩小；

5、对接焊缝的横向收缩率比纵向收缩率大2～4倍；

6、焊接顺序不当或未先焊接分部件后再进行组装焊接，容易产生较大的焊接变形。

7、埋弧自动焊、手工电弧焊、CO2气体保护焊等焊接方法产生的热量不同，引起的变形也不同。

焊接变形的控制

设计措施

合理选择焊接尺寸和形式

在保证结构承载能力的同时，尽可能采用较小的焊缝尺寸，以减少焊接热输入对材料性能的影响。

合理选择焊缝长度和数量

尽可能使用型材和冲压件； 当焊缝较多且密集时，可采用铸焊接头结构，以减少焊缝数量。 另外，适当增加壁板的厚度，减少筋的数量，或采用异形结构代替筋结构，都可以防止薄板的结构变形。

合理安排焊缝位置

尽量将焊缝布置成关于截面中性轴对称，或使焊缝靠近中性轴，这对减少梁、柱的挠度变形有良好的效果。

流程措施

抗变形方法

利用反变形来控制焊接变形是最常用的焊接方法。 装配时，根据工艺试验和施工经验，对构件进行适当的与焊接变形相反方向的预变形，以控制焊接变形。 该方法需要预先测试。 根据焊缝的设计要求，预先选择相同材质、规格的钢板制作试件进行焊接，使焊缝形式和焊脚高度满足设计要求。 焊接完成后，冷却至环境温度后进行测量。 对于翼板的变形，以测量值作为抑制变形的参数。 压力机将翼板中心线上的变形值压出，使翼板两端提前处于上翘状态，以抵消焊接变形。 一旦焊接好，它就会变得平坦。 这种方法需要相应吨位的液压机。

保证金法

冲裁时，零件的实际长度或宽度应适当大于设计尺寸，以补偿焊件的收缩。 该方法适用于防止焊件收缩和变形。 放置装配台时，请考虑收缩。 一般弯曲件长度不大于24m时允许5mm，长度大于24m时允许8mm。

刚性固定方式

焊接时，在平台上或重叠部件上安装夹具，以增加焊前的刚性。 这样，焊接时加热和冷却的收缩变形就受到固定夹具的外力的限制。 但该方法仅适用于塑性。 较好的低碳结构钢和低合金结构钢不适用于中碳钢和焊接性较差的钢。

① 将焊件固定在刚性平台上（适用于薄板拼接时的刚性固定）。

② 将焊件组合成刚性更强或对称的结构（适合T型梁等结构的控制）。

③采用焊接夹具，增加结构的刚度和约束力。

④使用临时支撑增加结构约束。

选择合理的装配和焊接顺序

制造、装配钢结构的平台应具有标准的水平面。 平台的刚度应保证构件在自重压力下不失温、不下沉，从而保证构件的直线度。 小型结构可以一次性组装，用点焊固定，然后以合适的焊接顺序完成。

①对于大型、复杂的焊接结构，只要条件允许，可将其分成几个结构简单的部件，分别焊接，然后进行总装。 桁架、屋架端部底座、屋架天窗框支撑板应预先焊接成件，校正后组装到屋架、屋架上。 屋架、屋架的焊接顺序为：先焊接上下弦连接板的外侧。 然后焊接上下弦连接板的内缝，然后焊接连接板与腹板焊缝，最后焊接腹杆、上弦与下弦之间的垫板。 桁架一侧完全焊接完毕后，将其翻转过来，进行另一侧的焊接。 焊接顺序相同。 手工焊接时，应采用偶数名焊工，从上下串中部向两端同时对称焊接。 装配时，为防止装配过程中构件受力过大而变形，不同类型零件的规格或形状应符合规定的尺寸和模板要求。 装配时不宜用较大的外力强行装配，以防焊接后构件产生过大的约束应力而发生变形。

②所焊接的焊缝应靠近结构截面的中性轴。

③对于焊缝排列不对称的结构，装配焊接时应先焊焊缝较少的一侧。

④对于截面对称布置的结构，装配焊接顺序为先整体组装，后焊接。 应采用对角焊法，以平衡焊接时的变形。 同时应采用翻转架或旋转模具形成船形位置焊缝。 否则，偶数焊工应分别采用平焊和仰焊，从中间向两端焊接。

⑤ 焊接长焊缝（1m以上）时，可采用图12所示方向和顺序进行焊接，以减少焊后收缩变形。

焊接工艺措施

焊接施工时，应选择合适的焊接电流、速度、方向和顺序，以减少变形。 焊接金属构件时，应先焊短的，后焊长的； 先焊立式，后焊平板； 应先焊接对接接头，然后再将搭接接头从中间向两侧、从内向外焊接。 集中焊缝宜采用跳焊，长焊缝宜采用分段退步焊和对称焊。

焊接变形修正方法

当构件的弯曲、扭转变形程度超过现行钢结构规范和设计要求时，必须进行修正。 方法有：机械校正法、火焰校正法和混合校正法。 施工时可根据实际情况合理选择。 纠正时应遵循以下原则：先整体，后局部； 首先是主要的，然后是次要的； 先下，后上； 首先是主要部件，然后是辅助部件。

机械矫正法

机械矫正法是利用机械力来矫正焊接变形。 常采用专用矫正机，或矫直机、压力机、千斤顶及各种小型机械来压制和矫正构件变形。 矫正时，将元件变形的部分放在两个支架之间，对元件突出的部分慢慢施力，使其矫正。

火焰修正法

使用火焰校正的原理与焊接变形的原理相同，但使用方法相反。 通过向金属输入热量，金属达到塑性状态，从而引起变形。 元件局部加热后，依靠加热区的膨胀和收缩的差异。 ，使元件向预定方向产生变形，从而达到矫正的目的。

使用火焰加热校正元件时，一定要使元件保持自由状态。 一些自重较大的部件加热后必须用吊具吊离平台，防止自重产生的摩擦阻碍变形，影响矫正效果。 采用火焰校正方法，可将20m长钢柱侧弯、外倾校正在6mm以内，翼板下挠度可控制在2mm以内，远低于规范要求。 但采用火焰修正，在实际施工中很难定量确定加热位置、加热温度、时间、面积长度等。 主要还是靠经验积累。

使用火焰校正方便快捷，但必须注意几个基本要领。 首先加热温度一定要控制好，一般在650～850℃之间； 不同环境、温度下必须控制加热温度； 当变形量较大的构件一次加热不能完全消除变形时，应错开原来的加热。 热点进行第二次加热修正； 采用合理的矫正顺序，先矫正翼板的不平整和倾斜，再矫正侧向弯曲和起拱； 矫正过程中，应经常用尺、细钢丝、水平仪等检查矫正情况，防止矫正过度和新的变形。

锤击法

锤击方法不仅可以消除焊接接头的残余应力，还可以用来延伸焊缝中的金属及其周围的压缩塑性变形区域，以消除焊接变形。 锤击法常用于修正不太厚的板材结构，但这种方法的缺点是劳动强度高，表面质量差。

强电磁脉冲校正法（电磁锤法）

该方法利用强电磁脉冲形成的电磁场冲击力，使焊件产生与残余变形相反的变形，以达到矫正的目的。 其工作原理是高压电容器通过盘形线圈组成的电磁锤放电，线圈与工件之间感应出强脉冲电磁场​​，形成相对均匀的压力脉冲进行校正。 采用这种修正方法的优点是工件表面不会出现锤击等冲击损伤痕迹，且冲击能量可以控制。 但这种方法只能用于铝、铜等高导电率材料的薄壁焊接构件。 。

除上述校正方法外，还有振动法、爆炸法、超声波法、电液法、静压矫直法等，主要用于减小残余应力的大小，改善残余应力的分布。 然而，这些方法都各自存在局限性，限制了它们在焊接生产过程中的推广。