焊接施工中鋼框架結(jié)構(gòu)的變形控制措施

摘要：隨著我國鋼結(jié)構(gòu)建筑市場的發(fā)展，對高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的要求也越來越高，借助現(xiàn)代技術(shù)來提升高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的水平已成為時代的需要。本文介紹了剛框架結(jié)構(gòu)焊接的變形的控制方法，以期提高鋼框架結(jié)構(gòu)焊接變形分析技術(shù)水平，有利于鋼結(jié)構(gòu)的推廣及應(yīng)用，也有利于我國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接；變形控制

1 鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形種類及成因分析

焊接變形產(chǎn)生的主要原因是由于焊接過程中對焊件進(jìn)行了局部的不均勻加熱，以及隨后的不均勻冷卻作用和結(jié)構(gòu)本身或外加的剛性拘束作用，通過力、溫度和組織等因素的變化，從而在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的收縮變形，焊縫的縱向和橫向縮短是引起各種復(fù)雜變形的根本原因。

1.2.1 結(jié)構(gòu)剛度

剛度就是結(jié)構(gòu)抵抗拉伸和彎曲變形的能力，它主要取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀及其尺寸大小。如桁架的縱向變形，主要取決于橫截面面積和弦桿截面的尺寸；再如工字型、丁字型或其它形狀截面的彎曲變形，主要取決于截面的抗彎剛度。

1.2.2 焊縫位置和數(shù)量

在鋼結(jié)構(gòu)剛性不大時，焊縫在結(jié)構(gòu)中對稱布置，施焊程序合理，則只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫布置不對稱時，則還會產(chǎn)生彎曲變形；焊縫截面重心與接頭截面重心在同一位置上時，只要施焊程序合理，則只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫截面重心偏離接頭截面重心時，則還會產(chǎn)生角變形。

1.2.3 焊接工藝

焊接電流大，焊條直徑粗，焊接速度慢，都會造成焊接變形大；自動焊接的變形較小，但焊接厚鋼板時，自動焊比手工焊的焊接變形稍大；多層焊時，第一層焊縫收縮量最大，第二、三層焊縫的收縮量則分別為第一層的20%和5%～10%，層數(shù)越多焊接變形也越大；斷續(xù)焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小；對接焊縫的橫向收縮比縱向收縮大2倍～4倍；焊接次序不當(dāng)或未先焊好分部構(gòu)件，然后總拼裝焊接，都易產(chǎn)生較大的焊接變形。所以在施工時要制定合理的焊接工藝措施。

2 預(yù)防和減少鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的方法

2.1 放樣和下料措施

為了補(bǔ)償施焊后焊縫的線性收縮，梁、桁架等受彎構(gòu)件放樣時要起拱，放樣下料時要留出收縮余量。收縮量與很多因素有關(guān)，實(shí)際生產(chǎn)時要依靠工藝試驗(yàn)來確定。放拼裝臺時要放出收縮量，一般受彎構(gòu)件長度不大于24m時放5mm，長度大于24m時放8mm。

2.2 裝配和焊接順序

鋼結(jié)構(gòu)制作拼裝的平臺應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)的水平面，平臺的鋼度應(yīng)保證構(gòu)件在自重壓力下，不失穩(wěn)、不下沉，以保證構(gòu)件的平直。小型結(jié)構(gòu)可一次裝配，用定位焊固定后，以合適的焊接順序一次完成。如截面對稱的構(gòu)件，裝配焊接順序是先整體裝配后焊接，焊接時應(yīng)采用對角焊接法的順序以平衡變形，同時應(yīng)采用翻轉(zhuǎn)架或轉(zhuǎn)動胎具，以便形成船形位置焊縫，否則可由兩個或四個焊工分別采用平焊和仰焊，由中間向兩端焊接。大型鋼結(jié)構(gòu)如大型桁架，盡可能先用小件組焊，再總體裝配和焊接。桁架和屋架端部的基座、屋架的天窗架支承板應(yīng)預(yù)先拼焊成部件，以矯正后再拼裝到屋架和桁架上，屋架和桁架的焊接順序是:先焊上、下弦連接板外側(cè)焊縫，后焊上、下弦連接板內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接連板與腹桿焊縫，最后焊腹桿、上弦、下弦之間的墊板。桁架一面全部焊完后翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行另一面焊接，其焊接順序相同。手工焊時，應(yīng)采用四個焊工同時從上、下弦中間向兩端對稱焊接。拼裝時，為防止構(gòu)件在拼裝過程中產(chǎn)生過大的應(yīng)力和變形，應(yīng)使不同型號零件的規(guī)格或形狀符合規(guī)定的尺寸和樣板要求，同時在拼裝時不宜采用較大的外力強(qiáng)制組對，以防構(gòu)件焊后產(chǎn)生過大的拘束應(yīng)力而發(fā)生變形。構(gòu)件組裝時，為使焊接接頭均勻受熱以消除應(yīng)力和減少變形，應(yīng)做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和Ｔ形貼角連接的尺寸正確，其形式、尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)和焊接規(guī)范要求。

2.3 反變形法

拼裝時，根據(jù)工藝試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)，使構(gòu)件向焊接變形相反方向作適量的預(yù)變形，以控制焊接變形。這種方法需要預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)焊縫的設(shè)計(jì)要求，調(diào)整好焊接規(guī)范，選用材質(zhì)和規(guī)格相同的鋼板預(yù)先做一個試件進(jìn)行焊接，使焊縫形式、焊角高度符合設(shè)計(jì)要求，焊完冷卻到環(huán)境溫度后測量翼板的變形量，把所測量的數(shù)值作為壓制反變形的參數(shù)，壓力機(jī)在翼板中心線上壓出變形量的數(shù)值，使翼板的兩端預(yù)先呈上翹狀態(tài)，抵消焊接變形量，焊后正好持平。采用這種方法需要一臺相應(yīng)噸位的液壓壓力機(jī)。

3 焊接變形矯正方法

構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭曲變形的程度超過現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求時，必須進(jìn)行矯正。變形矯正的方法有:機(jī)械矯正法、火焰矯正法和混合矯正法。施工時，可以根據(jù)實(shí)際情況合理選用，矯正時要遵守以下原則: 先總體，后局部；先主要，后次要；先下部，后上部；先主件，后副件。

3.1 機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是利用機(jī)械力的作用，以矯正焊接變形，常采用撐直機(jī)、壓力機(jī)、千斤頂及各種小型機(jī)具頂壓矯正構(gòu)件變形。矯正時，將構(gòu)件變形部位放在兩支撐之間，對準(zhǔn)構(gòu)件凸出部位緩慢施力，即可矯正變形。

3.2 火焰矯正法

采用火焰矯正的原理與焊接變形的原理相同，只是反其道而用之，通過給金屬輸入熱量，使金屬達(dá)到塑性狀態(tài)，從而產(chǎn)生變形，構(gòu)件被局部加熱后，依靠加熱區(qū)的膨脹與收縮差，使構(gòu)件按照預(yù)定的方向發(fā)生變形，從而達(dá)到矯正的目的。用火焰加熱矯正構(gòu)件時，一定要讓構(gòu)件處于自由狀態(tài)，一些自重較大的構(gòu)件加熱后要用吊具提起離開平臺，以免自重產(chǎn)生的摩擦力阻礙變形，影響矯正效果。采用火焰矯正法，20m長的鋼柱其側(cè)向彎曲和起拱量可以矯正在6mm之內(nèi)，翼板下?lián)隙瓤煽刂圃?mm內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范要求。但是用火焰矯正，在實(shí)際施工中很難定量地確定加熱部位、加熱溫度、時間、區(qū)域長度等，主要靠積累經(jīng)驗(yàn)，因此，在準(zhǔn)備矯正構(gòu)件時，要選擇有一定矯正經(jīng)驗(yàn)的人員擔(dān)任此項(xiàng)工作，并且人員要相對固定。利用火焰矯正方便快捷，但必須注意幾項(xiàng)基本要領(lǐng)。首先加熱溫度要掌握好，一般控制在650℃～850℃之間，溫度太低效果不明顯，溫度太高易使材質(zhì)發(fā)生變化；要掌握在不同環(huán)境和不同氣溫情況下的加熱溫度；變形量較大的構(gòu)件一次加熱不能完全清除變形時，應(yīng)錯開原來的加熱點(diǎn)進(jìn)行第二次加熱矯正；采取合理的矯正順序，先矯正翼板的不平、傾斜，再矯正側(cè)向彎曲和起拱；矯正過程中要經(jīng)常用靠彎尺、細(xì)鋼線、水準(zhǔn)儀等檢查矯正情況，防止矯枉過正，產(chǎn)生新的變形量。

4 結(jié)束語

上述方法都是鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中對變形預(yù)防控制和矯正的一些常用方法，但何時應(yīng)用何種方法并無明確的規(guī)定，通常要根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和施工方案，并結(jié)合豐富的施工經(jīng)驗(yàn)才能取到事半功倍的效果。隨著建筑市場的發(fā)展，新設(shè)備的大量使用，各種施工工藝都有新的發(fā)展，對于預(yù)防和處理焊接變形，會出現(xiàn)更有效的處理方法。

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