焊接是钢结构连接的通用方式 , 在多种相关连接中得以选用 , 存在焊接方式 , 包括某些全熔透形态对应一些重要焊缝有优先应用。金属焊接时 , 会呈现局部加热 , 并出现熔化情况 , 在此过程之中 , 加热区域的金属 , 其温度与周边母材的温度 , 存在显著差异 , 进而引发焊接期间瞬态应力的产生。
当冷却到原本的温度之后，整个接头区域里, 焊缝以及靠近焊缝区域的拉应力区域, 和母材在压应力区域的数值达成了平衡, 如此便产生了结构自身的焊接残余应力。
在当下这个时刻, 于焊接应力所产生的作用之下, 焊接件的结构发生了多种不同形式的形变。残余应力的存在以及变形的产生是相互进行转化的情况, 当清晰地认识了变形规律之后, 就不会难以从中找寻到防止减少以及纠正变形的办法。
一、焊接变形的形式与原因
钢结构焊接之后所出现的变形大概能够划分成两种情形, 也就是整体结构的变形, 以及结构局部的变形。整体结构的变形涵盖结构的纵向缩短, 以及横向缩短, 还有弯曲, 也就是翘曲。局部变形呈现出凸弯、波浪形、角变形等多种形式。
1.1变形常见基本形式
通常见到的焊接变形基本形式存在如下几种情况, 板材坡口对焊之后会产生长度出现缩短也就是纵向收缩以及宽度变窄也就是横向收缩这样的变形, 板材坡口对接焊接之后会产生角变形。
焊后, 构件出现角变形, 其沿构件纵轴方向数值不一样, 而且, 构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致, 由此形成扭曲变形。
薄板焊接之后, 母材受压应力之区域中, 因失稳致使板面出现翘曲, 进而形成波浪状之变形；因焊缝的纵向以及横向收缩, 相较于构件的中和轴呈不对称状态, 这便引发构件的整体弯曲, 如此这般的变形即为弯曲变形。
这些变形属于基本的变形形式, 各种各样复杂的结构变形来自这些基本变形的发展, 这些基本变形进行了转化 , 还经过了综合。
1.2焊接变形的原因
焊接时, 焊件受到局部的、不均匀的加热, 进而产生焊接应力及变形。焊接过程里, 焊缝以及焊缝附近受热区的金属出现膨胀, 然而四周较冷的金属阻碍这种膨胀, 于是在焊接区域内发生压缩应力以及塑性收缩变形, 产生不同程度的横向和纵向收缩。因这两个方向的收缩, 焊接结构出现各种变形, 此即是产生焊接应力及变形的因由。
二、影响焊接结构变形的因素
影响焊接变形量的因素不少, 有时同一因素对纵向变形、横向变形以及角变形会具备相反的影响, 全面剖析各因素对各种变形的影响, 掌握其影响规律是采取合理举措控制变形的根基, 不然难以达成预期的成效。
1）焊缝截面积会产生影响, 焊缝截面积所指的是熔合线范围内的那块金属面积, 焊缝面积一旦越大, 冷却时因收缩而引发的塑性变形量往往越小。
2）焊接热输入存在着影响, 一般情形之下, 当热输入较大的时候, 加热所形成的高温区的范围会变大, 冷却的速度较为缓慢, 这会使得接头塑性变形区得到增大, 不管是对于纵向变形、横向变形还是角变形而言, 都会产生变形增大之类的影响。然而在进行表面堆焊之际, 当热输入增大到某种程度之时, 鉴于整个板厚的温度趋于接近，所以即便热输入持续增大, 角变形也不会再增大, 反而会有所下降。
3）工件存在预热情况, 还有层间温度影响, 预热温度变高, 层间温度也变高, 等效于热输入加大, 致使冷却速度减缓, 收缩变形增大。
4）影响焊接方法: 于建筑钢结构焊接常用的几种方法里, 除了电渣焊之外, 埋弧焊热的输入是最大的, 在其他条件像焊缝面积等相同的情形下, 收缩变形是最大的。手工电弧焊热的输入处于中间位置, 收缩变形比埋弧焊要小些。CO2气体保护焊热的输入是最小的, 收缩变形的响应同样也是最小的。
5）不同的焊缝位置, 对于结构变形会产生影响, 因为在结构里, 焊缝位置并非处于对称状态, 这种不对称的焊缝位置等情况, 会致使各种变形的出现。
6）焊后结果呈现以下情况, 结构的刚性对于焊接变形存在相关影响, 结构刚性的大小状况, 主要是由结构自身的形状以及其所处的截面大小来决定的, 刚性相对较小的结构, 在焊接之后所产生的变形较大, 而刚性占据较大比例的结构, 最后的焊接变形则相对较小。
7）什么样的装配以及焊接规范会对焊接变形产生影响呢, 因为所采用的装配方法不一样, 所以对于结构的那种变形同样是存在影响的, 要是整体完成装配之后再实施焊接之操作, 那么这种情况下所产生的变形, 总体来讲是要小于一边进行装配同时一边开展焊接所导致变形的。
处于工程焊接时间里, 鉴于各类条件、诸多因素共同发生作用, 焊接残余变形所呈现的规律相对复杂, 知晓各因素独自发挥作用产生的影响, 有助于针对工程实际情形开展具体的综合分析。
三、防止和减少结构变形的措施
1）让焊缝截面积变小: 在能够获得完好的、不存在超标缺陷的焊缝的情形之下, 尽可以采用较小的坡口大小（角度以及间隙）。
2）针对其屈服强度处于以下水平，且淬硬性不是很强的钢材, 采用相对较小的热输入, 尽可能不去进行预热, 或者适当降低预热以及层间温度；优先选用热输入比较小的焊接方法, 像是CO2气体保护焊。
3）厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。
4）双面都能够进行焊接操作的情况下, 需要采用双面对称的坡口, 并且在多层焊接的时候采取与构体中和轴保持对称的焊接顺序, 就如同下面所展示的图2一样。
图2：用双面坡口对称焊接顺序减小角变形
5）T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝，见图3：
图3：T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝
6）使用焊前反变形方式来控制焊后的角变形, 这种做法是生产里最为常见的一种方式, 并且要预先针对焊件进行基本抵消（补偿）。
通过焊后弯曲的反变形方式, 以此来达成防止焊后出现变形的目的, 表1呈现的乃是箱形柱焊接前的反变形参考数值, 图4展示的则是H型钢焊接前的反变形参考数值。
图4 H形钢焊接前翼缘的反变形量参考值
7）刚性固定法, 也就是强制法。于实际制造当中, 针对刚性大的构件, 焊后变形通常较少, 而对刚性小的构件能够予其在焊前增强构件刚性, 如此实施后焊后变形一同会减小。当运用此方法时, 务必要等焊接冷却之后才可以把夹具以及支撑卸下来, 几种常见的方式涵盖夹具法、支撑法、胎具法、临时固定法（包括焊钉固定以及压紧固定法）、定位焊接法。
8）锤击焊缝法, 此方法主要是适用于薄板焊接的, 在薄板的焊缝以及其热影响区还没有完全冷却的时候, 马上对该区域实施锤击, 而对于厚板是要用风枪进行敲击的。
9）采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形。
10）设计方面, 需尽可能地去减少焊缝的数量以及尺寸, 要对头焊缝予以合理的布置, 除了要防止焊缝出现密集这一情况之外, 还应当让焊缝的位置尽可能地朝着构件的中和轴靠拢, 也得让焊缝的布置和构件之中。
和轴相对称。
11）恰当挑选焊接顺序, 于钢结构里边同时存有对接焊缝跟角焊缝之际, 按道理先去焊对接焊缝, 反过来焊角焊缝, 对于十字型焊缝以及T字型焊缝, 更得采用恰当的顺序, 防止焊接应力呈现集中状况, 确保接头焊接质量, 采取跟整个钢结构的中和轴保持对称的焊接以及采取从中间朝着两段进行焊接, 对于削减变形极为有利, 针对钢结构中强度要求高的关键部位焊接, 应当尽可能让接头能够自由收缩, 不受到约束。
四、焊接变形的焊后矫正方法
必须矫正发生了焊接变形的焊接结构构件, 以此来达到设计、规范要求。换个角度解释, 这种矫正实际上都是通过设法造成新的变形, 去补偿或者抵消除已发生的变形。在施工生产里, 最常用的焊后残余变形矫正方法会分成施力矫正、加热矫正以及这两种方法的结合运用。
4.1施力矫正法
施力矫正, 一般会用到千斤顶, 或者螺旋加力器之类的工具, 也可以借助辊压矫正机来完成, 还能够在大型压力机上进行此项操作。
4.2加热矫正法
其一, 通过运用不均匀的加热方式, 让结构获取反向的变形, 以此来补偿或者抵消原本的焊接变形。其二, 加热矫正法这种加热方法, 能够被划分成点状加热、线状加热、三角形加热这几种类型。其三, 加热矫正能够消除诸多施力矫正没办法解决的变形, 而掌握火焰局部加热所引发的变形的规律, 乃是做好矫正的关键所在, 决定火焰矫正效果的主要因素是加热的位置以及加热温度。其四, 低碳钢以及普通合金的焊接结构, 通常会采用650～8000C的加热温度, 一般情况下不宜超过9000C。其五, 通过参见表2各种颜色能够判别温度范围。
于加热矫正运用之际, 为冀提升矫正成效, 亦能够于加热进程当中施加外力以行矫正, 火焰加以矫正之时, 加热点的冷却存有两种方式: 也就是自然进行冷却以及借助水来做冷却。运用水火加以矫正之方法可令结构矫正收获颇快之效果, 并且能够使得矫正量比自然冷却的矫正量更大, 如若矫正大截面的H型钢。
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