探究鋼結構焊接變形的成因與控制措施

摘 要:由于鋼結構具有高強度和良好塑性的優點，被廣泛運用于建筑工程當中，然而鋼結構由于截面和厚度較小，在焊接的時候會產生變形累加問題，再加上材料和其他工藝手段原因，焊接不當直接導致鋼結構框架的變形。本文將在分析鋼結構焊接變形原因的基礎上，提出相應的控制措施，以便解決鋼結構焊接變形的問題。

關鍵詞:鋼結構 焊接變形 控制措施

中圖分類號:TG1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0088-01

1 鋼結構焊接變形的成因分析

鋼結構在焊接的過程中，由于局部受熱和受冷不均勻，再加上外力對剛性拘束的作用，致使焊接區域產生不均勻的縱向和橫向收縮現象，筆者根據鋼結構焊接的實際工作經驗，對變形的原因進行了如下分析:①鋼結構的剛度表現為抗拉、抗伸、彎曲等能力，這些能力主要受到截面和尺寸大小的影響，譬如桁架的橫截面和弦桿截面的面積不符合規范，在焊接時候會產生縱向變形，再如丁字形等形狀截面會由于抗彎剛度不足而在焊接時彎曲變形。②某些鋼結構的加工件由于剛度過小，在焊接之后加工件的焊縫布置不均勻，出現嚴重收縮現象，焊縫較多部位變形程度較大，焊縫較少的部位反之。一般情況下，焊縫在鋼結構中是呈對稱的狀態布置，因此焊接的程序必須合理，根據對稱要求減少線性縮短，然而往往由于布置的焊縫不對稱，而產生彎曲變形，或者當焊縫的界面重心偏向于接頭截面，則會出現角變形情況。③除了鋼結構本身的問題，焊接工藝對焊接變形的產生也存在很大的關系，焊接的電流控制不到位，致使直徑較粗的焊條在慢速度焊接的時候受熱不均，而產生焊接變形;采用自動焊接的方式焊接比較厚的鋼板，比起手工焊接的模式，前者效率較高，但產生變形的幾率比后者高得很多;多層的鋼板焊接，每一層焊接縫的收縮量都不一樣，一般情況下，首層收縮量最大，第二層的收縮量約為首層的的五分之一，第三層的收縮量約為首層的十分之一，而且層數越多，所產生的的焊接變形就越大;另外焊接的順序也是焊接變形的成因之一，如果焊接的順序不恰當，也會產生焊接變形。

2 鋼結構焊接變形的控制措施

2.1 焊接變形的預防控制措施

焊接變形的預防控制措施分為五個步驟進行:①受彎構件在放樣的時候，要進行起拱處理，以便在施焊之后補償焊縫的收縮現象，在下料的時候要依靠工藝試驗確定收縮的余量，小于24m的彎構件長度放出收縮量為5mm，大于24m的彎構件長度放出收縮量為8mm。②在自重壓力下，為提高鋼結構構件的穩定程度，在拼裝平臺的時候，要具備平直的水平標準。如果結構不復雜，可采取一次性安裝和固定的方式，根據焊接順序一次性完成。筆者建議焊接要在整體裝配之后進行，用角焊接的方法平衡變形，如果構件在拼裝過程中的應力和變形過大，則需要使用型號不同的零件，以防止焊接構件之后產生的拘束應力過大而出現變形。③焊接施工時，要控制好焊接的電流、速度和順序等工藝手段，譬如焊接構件要遵循先短后長的原則。④為了控制焊接的變形，在拼裝的時候，可向變形相反方向的進行適當調整，以預防變形。但采用反變形的方法，必須事先根據焊縫的設計要求，進行調整試驗，筆者建議采用材料質地和規格大小相仿的鋼板進行焊接試驗，以測定好變形量，作為反變形法的參數。⑤焊接固定的方法要以增強剛性為主，可以在重疊部位設置固定構件，然后進行焊接，這樣一來，無論是焊接加熱，還是冷卻，都能夠有效防止收縮變形，但剛性固定法一般只能應用于低碳或者低合金的結構鋼。

2.2 鋼板焊接的控制流程

鋼板結構的焊接受到環境因素的約束，為了使得焊接的部位保持適當的溫度，尤其是在低溫條件下的焊接作業，要采取嚴格的工藝手段，控制焊接的流程:

首先是做好焊接的準備工作:①焊接之前，防止風、雨、雪等因素對焊接后冷卻的影響，譬如快速冷卻產生層狀裂縫，做好溫度變化的焊接作業準備工作。②對坡口等進行焊前全面檢查，清理坡口的銹蝕和污物等，為焊接提供較為干凈的環境。③如果焊接的環境溫度較低，要進行預熱，利用溫度儀監控加熱的溫度，保證焊接的受熱均勻。

其次是控制焊接的順序和工藝流程:①焊接順序的合理安排:由內部向外部焊接;由上部往下部焊接，先焊接單獨體，再焊接整體。焊接的作業順序要嚴格遵守，不可以隨意更改。②焊接過程中，每個節點的焊接，其焊道的質量要控制好，一旦發現變形，要進行及時處理。③焊縫的缺陷處理，是要通過檢測確定的，焊縫的缺陷返修同樣進行嚴格的預熱、后溫和保溫處理，工藝流程與焊接工藝流程一樣。

再次，焊接的應力集中是變形的誘因，因此焊接的時候要采取必要的措施減小應力集中:①為了在焊縫區有效引出收弧線，焊工在正式焊縫前，要做出時間延長的適當調整，以便在焊接作業后精準切除，這樣一來，焊縫之外的一些導致接頭裂紋的缺陷就可以避免。②焊接結構的接頭散失溫度時間的延緩，可以通過先焊接收縮量比較大的部位，并利用襯板、引入板、引出板。③鋼結構的上翼和下翼與腹板交叉位置的融合，是需要講究上翼板和下翼板的焊接順序的，上翼板要先進行焊接，在焊厚占鋼板厚度的一半之后，再進行下翼板焊接，鑒于下翼板焊接的難度較高，需要有兩名焊接工人交叉配合焊接，在下翼板的焊接作業全部完成后，再完成上翼板剩余的部分。

最后是焊接后的處理措施。鋼結構焊接完成后，要用各種檢查工具對焊接情況進行檢查，譬如利用放大鏡檢查焊接的表面是否存在氣孔、夾渣等可能致使裂紋的問題。一方面，要做好保溫措施，在鋼結構焊接檢查之后，對焊縫進行后溫處理，后溫處理可使用功率比較大的烤槍沿著焊縫中間部位兩側進行均勻加熱，溫度控制250℃，范圍控制在中間部位兩端的150mm之內，時間控制在20min左右。后溫處理過程中，要用石棉布扎進處理部位，再密閉焊接防護棚，尤其是溫度較低的氣候條件下，就能有效避免驟然冷卻而變形的問題，在整體恢復常溫之后再撤去防護棚。整個后溫和保溫流程要利用測溫儀進行輔助控制。另一方面是對焊接節點超深比例20%的無損檢測，以便及時發現焊縫的缺陷。尤其是比較重要的承力節點，需進行時間一個月左右跟蹤復測，防止鋼板的撕裂變形。

2.3 矯正焊接變形的方法措施

鋼結構構件的彎曲和扭曲變形，主要是因為構件在規范設計要求之外，因此要進行焊接矯正，鑒于各種鋼結構焊接施工的差異性，筆者將對三種比較重要的矯正方法進行系統介紹:①采用壓力機、撐直機和各種小型號的機械施展機械力糾正焊接變形，譬如將壓力機置于變形鋼結構構件的兩邊，作為支撐點，對準構件凸出位置進行慢壓，以矯正焊接的變形。②焊接完成后，發現焊接的變形，可用高溫火焰反其道矯正，其原理是對鋼結構焊接變形部位輸入熱量，在變形部位加熱到塑性狀態之后，產生收縮差，變形部位就會往相反方向再次發生變形。③鑒于鋼結構的差異性，如果以上兩種方法都不足以滿足矯正焊接變形的要求，則可以綜合利用兩種方法。

3 結語

綜上所述，鋼結構的焊接容易產生變形的問題，這些問題直接影響鋼結構后期使用的有效性和安全性，為了解決鋼結構焊接變形的問題，我們要在分析變形成因的基礎上，針對問題制定適當的變形控制措施，筆者認為一是要做好焊接前的準備工作，防止后期焊接施工的變形，二是控制好焊接施工的流程，提高焊接施工的有效性，四是進行焊接過程中變形部位的及時矯正。這樣一來，就能夠有效控制鋼結構焊接變形情況的發生，提高焊接的質量。

參考文獻

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