1、山水 1 号斜拉式大桥钢塔焊接变形的控制摘要：结合钢塔制造焊接工艺介绍焊接应力和焊接变形的控制方法，以及合理的焊接顺序和焊放位置、散热施焊、外拘束等。 关键词：焊接应力；焊接变形；钢塔；制造工艺 中图分类号：P755 文献标识码： A 天水市秦州区山水 1 号斜拉式大桥钢塔主要采用钢板焊接拼装的施工工艺来建造。焊接是钢塔加工制作的主要和关键工作，钢板焊接的质量直接关系到钢塔的加工制作质量，进而关系到整座桥梁的质量。然而，控制焊接应力、减少焊接变形，能够有效地保证焊接质量，避免由于过大的残余应力和变形，引起构件焊缝开裂、错位和断裂或降低构件的压曲强度。 焊接变形及产生的原因 和其它钢结构一样，在
2、钢塔加工制造焊接过程中，结构将产生形式多样的焊接变形，其主要和基本的形式有：纵向变形，焊缝纵向的收缩；横向变形，焊缝横向的收缩；角变形，焊缝高度方向不均匀热分布造成紧靠焊缝线的变形；纵向变曲变形，在穿过焊缝线并与板件垂直的平面内的变形；扭转变形，由于热膨胀而引起的板件在平面内的角变形；波浪变形，当钢板较薄时，焊缝纵向收缩造成失稳形成翅曲波浪形。焊接过程中，焊接热源对焊件局部加热，产生了不均匀的温度场，导致材料热胀冷缩的不均匀，处于高温区域的材料在加热(冷却)过程中产生较大的伸长(收缩)量，由于受到周围材料的约束而不能自由伸长(收缩)。于是在焊件中产生内应力，使高温区的材料受到挤压(拉伸)，产生
3、塑性变形。同时，金属材料在焊接过程中随着温度的变化还会发生相应的相变。不同的金属组织有不同的性能，也会引起体积的变化，对焊接应力及变形产生不同程度的影响。焊接过程中局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。 通常焊接应力和焊接变形会随着时间发生变化。当焊件温度降低至常温时，残存于焊件中的应力称为焊接残余应力；残留的变形称为焊接残余变形。焊接应力及变形的分布和大小与被焊材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点、焊件尺寸、形状和温度场等因素有关，而温度场又与被焊材料的热导率、热容、密度、焊接工艺参数、环境条件等密切相关。也就是说焊接过程中，任何相关因素的改变均会对焊接应力和变形产生影响。因
4、此，人们在钢结构的制造焊接过程中，就是利用这些特性来控制焊接应力和变形。 钢塔焊接工艺中焊接变形的控制 (1)坡口设置 合理设置坡口可以有效减小焊接变形。如对于拼接焊缝，特别是厚板的拼接焊缝，为了减少焊后变形，将坡口设置成非对称坡口，如图 1 所示。 图 1 具体方法是：先焊坡口较深一侧的 13，翻转背面焊接完成后，再翻过来焊 接剩余的 23。两次翻转焊接完成整条拼缝。实践证明，此方法翻转次数少，焊 接变形小，生产效率高。 （2）反变形技术 焊接前使零件预先向焊接变形的相反方向弯曲或倾斜放置(仰焊或立焊除外)，见图 2。 图 2 预制构件 减少钢塔焊接应力的工艺措施 (1)焊缝尺寸的选择 焊缝
5、应力是由焊接区域热胀冷缩形成的，焊接区域越小，热输入就越少，变 形也越小，如小角度坡口、厚板尽量采用双面坡口。 (2)合理的焊接工艺 对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊改成分段焊接，分段焊时 在接头处要交错覆盖对方的接头，避免接头对齐。分段焊时注意焊接变形，温度 太高时要停下来缓冷或翻转焊接背面；多件焊接时要先焊拘束度大的构件，后焊 拘束度小的构件；三面焊接时可适当地改变焊接方向，从中间向两侧焊接。 (3)热处理措施 采取适当的热处理措施，既能消除应力和变形，又能防止产生裂纹。如厚板 下料和焊接前应进行预热，因为预热可降低焊缝金属和热影响区的冷却速度，抑 制淬硬组织马氏体的形成，避免
6、气割边缘和焊缝产生较大的应力。如厚度大于 100 mm 的低合金钢板预热温度应高于 100，加热范围为切割线或坡口两侧 150200 mm。焊后进行缓冷或后热，以利于焊缝中扩散氢的逸出，避免氢富集产生应力， 后热温度高于 150，保温 23h。消除应力的退火处理除了可使氢逸出外还能改 善组织性能，退火处理温度 550600。 (4)敲击措施 敲击是抵消焊缝收缩力的一种方法，如同焊缝敲击将使焊缝延伸，变得更薄，从而消除应力(弹性变形)。但是，使用这种方法必须注意，焊缝根部不能敲击，敲击时可能产生裂纹。通常，敲击也不能用在盖面焊道上。因为，盖面层可能有焊缝裂纹，影响焊缝检测，产生硬化效果。所以，技
7、术的利用是有限的，甚至有实例要求在焊道敲击中仅在多层焊道内(打底焊和盖面焊除外)敲击以解决变形或裂纹问题。 综上所述，通过采取适当的设计措施和工艺措施，可以有效地控制钢结构的 焊接变形，保证工程质量。 由于影响钢结构焊接变形的因素较多，因此出现焊接变形也是难免的。具体 问题具体分析，将焊接变形控制在最小范围之内，不要影响到钢结构的尺寸精度 和安装技术要求。 参考文献 【1】陈祝年焊接工程师手册【M】.北京：机械工业出版社，2002 【2】建筑钢结构焊接规程【M】.北京：中国计划出版社，1993 【3】陈伯蠡焊接工程缺欠分析与对策朗北京：机械工业出版社.1997 作者 1杨勇男 198505 本科助理工程师中交一公局总承包经营分公司
