鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制措施研究

薛曉林

摘 要 在焊接鋼結(jié)構(gòu)期間，焊接變形是不可避免的，如果無法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行有效地控制，就可能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工帶來嚴(yán)重的質(zhì)量影響。文章主要從鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的類型與產(chǎn)生焊接變形的原因入手，希望能夠從中找到鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要控制措施，從而為鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接施工提供參考。

關(guān)鍵詞 鋼結(jié)構(gòu)；焊接；變形；控制

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）02-0119-01

隨著建筑行業(yè)當(dāng)中鋼結(jié)構(gòu)框架應(yīng)用的增加，越來越多的建筑人士開始關(guān)注鋼結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)憑借其質(zhì)量小、強(qiáng)度高、安裝方便、施工便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代了其余的鏈接方式。但是，我們也不能夠忽視其存在的不足之處。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要類型及其產(chǎn)生原因

1）縱橫向收縮變形。在焊接鋼結(jié)構(gòu)之后，如果在軸向的方向出現(xiàn)了收縮變形，就視為縱向變形，在焊縫的垂直方向出現(xiàn)了收縮變形，就視為橫向變形。其中，橫向變形主要是因?yàn)楹缚p肉熔點(diǎn)之處受熱膨脹，并且與周圍低溫的金屬產(chǎn)生了沖擊而形成的。

2）角變形。焊接之后的構(gòu)建平面圍繞著焊縫所產(chǎn)生的角位移就是角變形。其形成的原因是因?yàn)檠刂搴竦姆较虺霈F(xiàn)了焊縫的收縮變形量的不同從而造成的。

3）波浪變形。在焊接薄板鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候，由于焊縫內(nèi)在應(yīng)力的存在，從而產(chǎn)生了波浪形收縮變形，就視為波浪變形。

4）錯(cuò)邊變形。在焊接兩件鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，如果兩側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻受熱，從而使得焊件在高度與長(zhǎng)度之上出現(xiàn)了錯(cuò)位，就視為錯(cuò)邊變形。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要控制措施

2.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形在設(shè)計(jì)中的控制

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)與合理，才能夠做到最基本的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制。所以，在設(shè)計(jì)期間，需要掌握不同焊接變形的主要起因以及相對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出符合鋼結(jié)構(gòu)施工的焊接方式。

1）盡量控制焊縫的數(shù)量以及其尺寸，如果鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量較多，并且尺寸較大，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)輸入的熱量也會(huì)變大，就容易引起較大的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。因此，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的設(shè)計(jì)當(dāng)中，就需要對(duì)焊縫的數(shù)量以及尺寸做好最大限度地控制。

2）在鋼結(jié)構(gòu)的焊接方式選擇上，應(yīng)該考慮到焊縫破口的尺寸與形狀，只有在鋼結(jié)構(gòu)擁有足夠的承載力的同時(shí)，合理地選擇破口形狀與尺寸，才能夠減少焊縫截面面積，從而將鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形做到最大化控制。

3）為了鋼結(jié)構(gòu)焊接操作更加方面，應(yīng)該避免焊縫的焊接位置處于仰面，這樣也可以保持焊接質(zhì)量不受影響。如果無法避免仰面焊接的情況，就需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)全方位的焊接技能有一個(gè)詳細(xì)的了解，才能夠避免焊接變形的出現(xiàn)。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形在施工中的控制

在鋼結(jié)構(gòu)焊接的過程中，需要將焊縫的不同形式以及節(jié)點(diǎn)的不同構(gòu)造看作一體，通過焊接工藝的選擇，從而有效地控制施工當(dāng)中鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的出現(xiàn)。

1）考慮到對(duì)稱焊縫，就需要在施工中選擇對(duì)稱焊接的方式。一般來說，剛度相對(duì)較小的結(jié)構(gòu)，先行焊接的焊縫出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的可能性越大。所以，如果焊縫布置的位置相對(duì)均勻，就需要采取對(duì)稱焊接的方式來避免焊接變形的出現(xiàn)。

2）如果焊縫不對(duì)稱，需要先焊接焊縫較少的一側(cè)，然后再進(jìn)行另外一側(cè)的焊接。

3）對(duì)于焊接之后產(chǎn)生的角變形，對(duì)其控制，就可以選擇在焊接之前進(jìn)行反變形的方式。

4）如果能夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接的時(shí)候，應(yīng)盡可能選擇縱向焊接以及橫向加強(qiáng)肋的方法，也就是間斷焊接法。

5）如果T形接頭板的厚度較大，就需要選擇開破口角進(jìn)行焊接地對(duì)接處理。

6）通過對(duì)構(gòu)建長(zhǎng)度預(yù)留的方式，也可以做好一定的變形情況以及焊縫縱向收縮的補(bǔ)償，比如，對(duì)于H形的縱向焊縫，在每一米之內(nèi)就可以預(yù)留0.5 mm-0.7 mm。

3 實(shí)際案例分析——上海市中心大廈

龍鋼公司8萬煤氣柜工程結(jié)構(gòu)主要采取的巨型框架+核心筒+伸臂桁架抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)為鋼-混凝土，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)用量在1100 t，其特點(diǎn)為：節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、構(gòu)件重大、焊接變形控制難度較高、安裝經(jīng)度要求較高，為了做好焊接變形控制，就需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制。

圖1 多層多道焊縫示意圖

1）優(yōu)化焊接工藝。在開展厚板焊接上都是采取的多層多道焊，通過小電流則有利于焊接變形的降低（詳細(xì)見圖1）。每一次焊縫的收頭需要熔至上一道焊縫頂端部位大約50 mm的地方，也就是錯(cuò)開50 mm，避免街頭集中。在鋼板兩端還需要增加收弧板與引弧板。

2）節(jié)點(diǎn)裝配焊接順序需要合理利用。考慮到圖2當(dāng)中的節(jié)點(diǎn)1，3的現(xiàn)場(chǎng)焊接變形較大，所以，需要根據(jù)圖示先完成兩端焊接，然后再進(jìn)行腹桿的鏈接，最終進(jìn)行中間螺栓的施工。針對(duì)中間的螺栓節(jié)點(diǎn)臨時(shí)固定時(shí)，可以使用臨時(shí)連接板包夾腹板和翼緣在臨時(shí)連接板之上可以選擇長(zhǎng)圓孔或者是開擴(kuò)大孔的方式，并且投入一定量的臨時(shí)螺栓，才能夠應(yīng)對(duì)焊接時(shí)的收縮變形，之后再替換加工廠根據(jù)實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)制作的連接板，才有利于節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量控制。

圖2 環(huán)帶桁架與巨型柱的連接

4 結(jié)束語(yǔ)

總體而言，確保建筑工程鋼結(jié)構(gòu)焊接的精確度，就需要從設(shè)計(jì)、施工、檢查等諸多方面進(jìn)行綜合控制。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)焊接的成因分析上，不僅要分析成因所具有的性質(zhì)，找準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形形成的根源性問題來做好鋼結(jié)構(gòu)變形的合理、有效控制，然后再分析出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形其余可能存在的因素，才能夠做好鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的合理控制。

參考文獻(xiàn)

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