鋼結構焊接變形的成因與解決方法

章慶安　徐春平

摘 要：鋼結構加工制作過程中，焊接變形的影響因素比較多，如環境條件、施工材料以及各種人為因素（焊工的技能）等，而鋼結構一旦出現變形問題，則會嚴重影響整個工程項目的施工質量，甚至會引發更為嚴重的后果。本文將對鋼結構焊接變形的主要原因進行分析，并提出相應的預防措施與解決方法。

關鍵詞：鋼結構；焊接；應力集中；變形

在建筑工程施工過程中，結構較為復雜、多樣的鋼結構焊接工作量非常大，這為鋼結構焊接過程中的變形控制工作來帶了壓力；同時，鋼結構焊接變形會對施工質量產生不利影響、造成嚴重的人員傷亡，因此加強對鋼結構焊接變形問題的研究，具有非常重大的現實意義。

1.鋼結構焊接變形問題分析

鋼結構焊接變形類型主要表現為以下幾種。第一，降溫型收縮變形。該種焊接變形主要是因為焊接完成后，隨著溫度的降低而導致金屬收縮，從焊縫開始，會產生縱向的變形。第二，降溫過程中，焊縫位置因金屬收縮量不同而形成產角度位移，進而產生角度型變形。第二，因扭曲而形成的螺旋變形。在焊縫角位置，因鋼結構縱橫面分布不均勻，所以形成鋼結構焊接變形。第四，錯邊變形。鋼結構焊接人員在實際施工操作過程中，如果對鋼結構加熱不均勻，則鋼結構構件就會產生不同程度的收縮，以致于焊縫位置的構件尺寸不相同，進而形成錯邊變形。第五，撓曲型變形。鋼結構焊接過程中，如果焊縫位置不能產生一樣的焊接變形結果，則會給人一種扭曲感，這就是撓曲型變形。第六，波浪型變形。對于鋼結構而言，在焊縫位置存在著內應力，該種內應力在焊接位置會產生波浪式的表現形式。

第一，焊接過程中因溫度控制不當而產生的焊接變形。從實踐來看，溫度是造成鋼結構焊接變形的重要因素，隨著溫度的不斷升高，當達到金屬熔點時，甚不同類型的金屬材料膨脹程度存在著較大的差異；在此過程中，鋼結構感官上會有不協調之感，此時即產生鋼結構焊接變形。當一種金屬接近或者達到熔點時，該種金屬會使臨近的金屬材料產生一定的膨脹，進行造成變形。

第二，焊接過程中因鋼結構焊接順序、施工方法不當而言產生的焊接變形。在鋼結構焊接過程中，不同位置、順序的焊接操作，可能會導致焊接變形。實踐中可以看到，由于鋼結構焊縫位置承載力存在著一定的差異性，因此如果先焊接承載力相對較小一些的鋼結構，則大負荷會將鋼結構壓至扭曲、出現焊接變形現象。

第三，焊接過程中所使用的鋼結構材料造成的焊接變形。對于不同的施工材料而言，它們的熔點也不僅相同。比如，溫度條件相同的情況下，不同的鋼結構材料膨脹程度存在著一定的差異性。然而，膨脹過大、過小，均會導致鋼結構出現焊接變形現象，嚴重影響焊接施工質量。

第四，鋼結構焊縫。在鋼結構焊接過程中，總焊縫的位置在一定程度上決定著鋼結構焊接變形程度。比如，在實際焊接施工過程中，不同負荷的鋼結構對不同承載力金屬產生的壓力效果存在著較大的區別。因此，科學選擇總焊縫，可以有效控制焊接變形。

2.鋼結構焊接變形問題的控制方法

基于以上對當前鋼結構焊接變形類型、產生的主要原因分析，筆者認為要想有效解決鋼結構焊接變形問題，可從以下幾個方面著手：

2.1鋼結構焊接變形問題的預防

在受彎構件放樣過程中，需對其采取起拱處理措施，這樣可以使其在施焊后補償焊縫收縮。在焊接下料過程中，應當依靠不斷的試驗，最終確定收縮余量。一般而言，不超過24米的彎構件收縮量放出5毫米為宜；超過24米的彎構件其收縮量以放出8毫米為宜。在鋼結構的自重壓力條件下，為了能夠有效提高鋼構件自身的穩定性，拼裝平臺必須保持平直。如果鋼結構不復雜，則建議根據順序采用一次安裝的方式來完成焊接。同時，需要注意的是焊接操作要在整體裝配完成后方可進行，采用角焊接法平衡焊接變形。若構件拼裝時的應力、焊接變形過大，則需采用不同型號的零件，以免鋼構件焊接完成后產生過大的拘束應力，進行而產生變形。在鋼構件焊接施工過程中，應當控制好焊接速度、焊接順序等，有序施工操作。

2.2鋼結構焊接過程中的控制方法

鋼結構焊接通常受周圍環境條件的影響比較大，為有效避免環境因素對焊接施工的影響，建議在焊接處保持合適的溫度，特別低溫條件下的鋼結構焊接操作過程中，對工藝技術手段的要求比較高。在此過程中，需對焊接流程進行嚴格控制。首先，焊接前的準備。①鋼結構焊接前，為防止自然因素對焊接后的冷卻效果的影響（比如快速的冷會導致焊接位置形成層狀的裂縫），因此應當嚴格控制溫度變化。②焊接坡口位置需進行焊接前的檢查，對坡口污物、銹蝕等進行有效清理，從而為焊接操作準備好環境條件。③焊接溫度較低時，需對其采取預熱處理，即利用溫度儀對加熱溫度進行嚴格監控，確保焊接受熱均勻。在焊接順序、施工工藝控制過程中，主要從以下幾個方面著手：

第一，焊接順序應當科學合理。焊接順序由內而外，自上而下；先采取單獨體焊接方式，然后再進行整體焊接。焊接過程中，其順序應當嚴格遵守，不可隨意更改。在焊接操作過程中，要注意每一個節點的有效焊接，焊道質量應當嚴格控制，一旦產生變形，則需對其進行合理的處理。焊縫缺陷處理過程中，應當嚴格的檢測，焊縫缺陷返修時同樣要進行嚴格預熱、保溫處理。

第二，焊接過程中需有效減小應力集中現象的發生。①為了能夠在焊縫位置有效地將收弧線引出來，焊工焊縫之前要適當地延長時間，以便于能夠在焊接操作完成后將其精準的切除掉，這樣就能有效的避免接頭裂紋病害的產生。②焊接操作過程中，可先焊接收縮量相對較大的位置。鋼結構上、下翼與腹板相交處的

融合需嚴格按照順序進行，其中上翼板應當先焊接，焊厚占鋼板厚度一半時，再焊接下翼板。由于下翼板的焊接操作難度較大，必須有至少兩名焊工配合進行；下翼板焊接完成后，再對上翼板的剩余部分進行焊接。

第三，鋼結構焊接后的有效處理。當鋼結構焊接操作完成后，應當利用不同的檢查工具對其進行嚴格檢查。比如，利用放大鏡等工具對焊接表面的夾渣、氣孔等進行嚴格檢查，以免產生裂紋。在此過程中，主要注意兩點。一是做好保溫工作。鋼結構焊接完成，并經過檢查，對焊縫的后溫進行嚴格處理，以確保功率比較大的烤槍沿焊縫中間兩側均勻加熱，通常溫度應當控制在250攝氏度左右，并且距中間部位兩端位置大約150毫米范圍內，時間以20分鐘為宜。在后溫處理時，建議用石棉布扎進該位置，然后將焊接防護棚密閉，特別是溫度相對較低的環境條件下，應當避免驟冷造成的變形，當整體恢復常溫以后，再將防護棚撤掉。二是對焊接節點超深比例20%進行無損檢測。通過該種方式，可以及時發現施工焊縫存在的缺陷和問題。尤其針對較為重要的承力節點，建議進行一個月時間的跟蹤復測，以免鋼板出現撕裂型變形。

2.3已變形的焊接件矯正措施

第一，利用壓力機或者撐直機來糾正鋼結構焊接變形。比如，將壓力機放在變形構件兩邊，對準凸出部位慢壓，以此來矯正變形。第二，焊接施工完成后，利用高溫火焰反其道矯正變形，對焊接變形位置輸入熱量，加熱到塑性狀態，就會產生一定的收縮差，變形會向相反方向發生變形，以此來矯正變形。

結語：鋼結構是現代建筑結構的主要形式，應用也比較普遍。在鋼結構加工制作過程中，只有進行事前、事中以及事后的焊接變形預防和矯正，才能保證后續施工質量的要求。

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