鋼材受熱變形的原因及解決辦法

鋼材受熱變形的原因及解決辦法摘要：鋼結(jié)構(gòu)加工制作過程中，焊接變形的影響因素比較多，如環(huán)境條件、施工材料以及各種人為因素（焊工的技能）等，而鋼結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)變形問題，則會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)更為嚴(yán)重的后果。本文將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施與解決方法。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)、焊接、應(yīng)力集中、變形0引言在建筑工程施工過程中，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、多樣的鋼結(jié)構(gòu)焊接工作量非常大，這為鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中的變形控制工作來帶了壓力；同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響、造成嚴(yán)重的人員傷亡，因此加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問題的研究，具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。1受熱變形的原因脹縮應(yīng)力焊接時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)受熱而膨脹，但由于受到周圍金屬的阻礙而不能自由膨脹，此時(shí)產(chǎn)生壓應(yīng)力；冷卻時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)要收縮，但又受到周圍金屬剛性的牽扯而不能自由收縮，而產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于以上所述兩種應(yīng)力的存在使焊件產(chǎn)生了變形。金屬組織的轉(zhuǎn)變焊接后，焊縫及熱影響區(qū)的金屬，由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在連續(xù)冷卻時(shí)，奧氏體是在一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，因此往往得到混合式組織。隨著溫度的降低，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度隨之提高，延伸率和斷面收縮率也隨之增大，因此產(chǎn)生了收縮，焊件產(chǎn)生變形。錯(cuò)邊變形鋼結(jié)構(gòu)焊接人員在實(shí)際操作施工過程中，如果對(duì)鋼結(jié)構(gòu)加熱不均勻，則鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生不同程度的收縮，以至于焊縫位置的構(gòu)件尺寸不相同，從而形成錯(cuò)邊變形。焊接順序焊接過程中因鋼結(jié)構(gòu)焊接順序、施工方法不當(dāng)而言產(chǎn)生的焊接變形。在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，不同位置、順序的焊接操作，可能會(huì)導(dǎo)致焊接變形。實(shí)踐中可以看到，由于鋼結(jié)構(gòu)焊縫位置載力存在著一定的差異，因此如果先焊承載力相對(duì)較小一些的鋼結(jié)構(gòu)，則大負(fù)荷會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)壓至扭曲、出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象。2防止鋼結(jié)構(gòu)變形措施鉚工在實(shí)際工作中，取得了許多豐富的經(jīng)驗(yàn)，有效的防止了焊件的變形，概括起來大致有：反變形法、對(duì)稱受熱法、熱量集中法和縮小溫差法等。鋼結(jié)構(gòu)焊接問題的預(yù)防在鋼結(jié)構(gòu)的自重壓力條件下，為了能有效提高鋼結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，拼裝平臺(tái)必須保持平直。如果鋼結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，建議根據(jù)順序采用一次安裝的方式來完成焊接。需要注意的是，焊接操作要在整體裝配完成之后才可以進(jìn)行。反變形法在受彎構(gòu)件放樣過程中，需對(duì)其采取拱處理措施，對(duì)接板的擱置反變形，這樣可以使其在施焊后補(bǔ)償焊縫收縮。在焊接下料過程中，應(yīng)當(dāng)依靠不斷的實(shí)驗(yàn)，最終確定收縮余量。在筒體焊接前反變形處理可以使用在焊縫周圍均勻的焊接固定塊，上卡具，打銷子的方法，提前做出收縮余量，這樣在焊接后就不會(huì)出現(xiàn)鋼材變形的情況:，如圖1。圖1也可以使用胎具限定的方法，提前做出胎具，有了胎具的限制，鋼材焊接后的被限制在了提前定好的形態(tài)之中。在預(yù)置鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)的時(shí)候花紋板應(yīng)預(yù)留出焊縫，一般為3-5mm，焊接時(shí)采用花焊方法焊接。對(duì)稱受熱法任何型式的鋼結(jié)構(gòu)，焊接時(shí)要對(duì)稱受熱才能改善防變形效果。如圖2。圖2熱量集中法熱量集中，一則加快了焊接速度，二則減少了熱影響區(qū)，因而產(chǎn)生金相組織轉(zhuǎn)變的區(qū)域減小，所以能減少變形。按熱量集中程度由大到小可排列為：氬弧焊、埋弧自動(dòng)焊、手工電焊和氣焊。同樣一個(gè)構(gòu)件，用氣焊變形大，用氬弧焊變形小，就是這個(gè)道理。縮小溫差法這里的溫差是指被焊件與空間溫度的差。溫差大，散熱快，變形就大，這是因?yàn)榻鹣嘟M織轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物的性能與冷卻速度有關(guān)，對(duì)于有淬硬傾向的低合金結(jié)構(gòu)鋼會(huì)產(chǎn)生淬硬組織，使焊縫產(chǎn)生裂紋。對(duì)此，常采用的防變形措施是焊前預(yù)熱和焊后緩冷，使溫度差減小，可有效地防止變形。鋼結(jié)構(gòu)焊接前，為防止自然因素對(duì)焊接后的冷卻效果的影響（比如快速的冷會(huì)導(dǎo)致焊接位置形成層狀的裂縫），因此應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制溫度變化。焊接坡口位置需進(jìn)行焊前的檢查，對(duì)坡口的氧化鐵、銹跡進(jìn)行清理，從而為焊接操作準(zhǔn)備良好的條件。焊接溫度較低時(shí)，需對(duì)其采取預(yù)熱處理，即利用溫度儀對(duì)加熱溫度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，確保受熱均勻。如圖3。圖32.1.5在焊接順序、施工工藝控制過程中，從以下幾方面著手：焊接順序應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理。焊接順序由內(nèi)而外，自上而下，先采取單獨(dú)體焊接方式，然后再進(jìn)行整體焊接。焊接過程中，其順序應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守，不能隨意更改。在焊接操作過程中，要注意每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效焊接，焊道質(zhì)量應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制，一旦產(chǎn)生變形，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行合適的處理。2.2已變形的焊件矯正措施第一，利用壓力機(jī)或者撐直機(jī)來糾正鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。比如，將壓力機(jī)放在變形構(gòu)件兩邊，對(duì)準(zhǔn)凸出部位慢壓，以此來矯正變形。如果是扭曲變形，可使用龍門架、火焊把加熱、千斤頂配合的方法進(jìn)行校正。第二，焊接施工完成后，利用高溫火焰反其道矯正變形，對(duì)焊接變形位置輸入熱量，加熱到塑性狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生一定的收縮差