淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制和矯正

和一平

摘 要：在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接中，因?yàn)楹附訁^(qū)域中會(huì)發(fā)生局部熱脹冷縮作用產(chǎn)生焊接變形，焊接變形會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的尺寸大小，安裝精度和施工方法。本文闡述了焊接變形的控制方法和減小焊接應(yīng)力的一些措施。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；矯正

鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)具有載重大、架設(shè)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，再加上工期短、工藝簡(jiǎn)單，因此被廣泛應(yīng)用于高度和跨度較大的結(jié)構(gòu)，以及可拆卸的結(jié)構(gòu)等等。在施工過(guò)程中，很多外界因素都會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)變形，其中，焊接變形最為常見(jiàn)，而且可以通過(guò)優(yōu)化工藝來(lái)減少和避免。

近幾年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)焊接框架在建筑業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)焊接框架憑借其強(qiáng)度高、質(zhì)量小、韌性好、以及安裝快捷施工方便等多種優(yōu)點(diǎn)，逐步取代了鉚接和螺栓連接等其他連接方式。但是鋼結(jié)構(gòu)焊接也有不便于進(jìn)行焊接質(zhì)量檢驗(yàn)、容易引起構(gòu)件變形等缺點(diǎn)。在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過(guò)程中，如果能采取一定的方式適當(dāng)控制，就能夠有效減小變形量，提高焊接效率和工程整體質(zhì)量。

一、常見(jiàn)的焊接變形

焊接過(guò)程中母材不均勻受熱，鋼材不論在焊接的加熱還是冷卻過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生變形。因此，受熱變形是焊接鋼結(jié)構(gòu)一種常見(jiàn)的變形方式。焊接變形有以下幾種基本形式：

（1）彎曲變形。彎曲變形在焊接中常出現(xiàn)的現(xiàn)象，這種變形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)精度影響很大。鋼材的縱向收縮與橫向收縮都會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。在腹板很薄的時(shí)候也會(huì)發(fā)生彎曲變形。

（2）橫向變形。形成橫向變形的主因是板材的不均勻受熱。由于板材的不同部分的受熱不均，熱過(guò)程不同，因此在板材冷卻時(shí)，橫向收縮是不均勻的，這就造成了橫向變形。

（3）縱向變形。在鋼板加熱后冷卻過(guò)程中，原來(lái)溫度高的部分被壓縮的多，因而冷卻后收縮的也多，因此產(chǎn)生的縱向收縮造成縱向變形。

（4）角變形。對(duì)較厚鋼板進(jìn)行角焊接時(shí)，焊接的這一面溫度高，焊接背面溫度低。這樣在冷卻時(shí)，焊接的一側(cè)收縮較大。就會(huì)相對(duì)角度變化產(chǎn)生角變形。

（5）波浪變形。這類主要發(fā)生在薄鋼板構(gòu)件中。薄鋼板冷卻收縮的時(shí)候，不同區(qū)域之間互相產(chǎn)生應(yīng)力，因?yàn)楹附赢a(chǎn)生的應(yīng)力很大，薄鋼板就無(wú)法維持穩(wěn)定出現(xiàn)褶皺。

（6）扭曲變形。主要表現(xiàn)是鋼結(jié)構(gòu)橫斷面發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。

二、控制焊接變形的方法

在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程中，要充分考慮變形的問(wèn)題，通過(guò)合理的焊接方法，減少焊接變形。

1.設(shè)計(jì)合理的焊縫

焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)中的重要環(huán)節(jié)，連接的承載能力必須不小于鋼件的承載力，這就是代表焊縫強(qiáng)度必須不低于母材的強(qiáng)度。對(duì)于不同功能的焊縫對(duì)于力學(xué)性能的要求也不盡相同，受力焊縫是主要承受傳力，對(duì)于強(qiáng)度很高；綴連焊縫主要起連接作用，它的應(yīng)力可忽略不計(jì)，但在連接過(guò)程中受剪力作用大，因此強(qiáng)度可適當(dāng)減小，韌性適當(dāng)提高。

從尺寸上說(shuō)，焊縫尺寸不應(yīng)該設(shè)置的太大。因?yàn)檫^(guò)大的尺寸會(huì)導(dǎo)致焊接變形增加，還會(huì)增加焊接工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。所以，在保證強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減小焊縫尺寸。

2.焊前的準(zhǔn)備工作

鋼件毛坯不能隨意擺放，需要平整放置。要為鋼件提供數(shù)量足夠，位置合理的支撐。否則，焊接過(guò)程中鋼件會(huì)因自重發(fā)生變形。放樣和下料毛坯時(shí)必須為了補(bǔ)償收縮留一定的焊接余量。

3.合理的裝配和焊接順序

要有標(biāo)準(zhǔn)的水平平臺(tái)，用于制作和拼接鋼件，這樣保證了構(gòu)件的平直。小件可以一次裝配，先定位焊接一遍，再按順序一次完成。大型鋼結(jié)構(gòu)要先將小件組焊，然后，總體裝配，之后再焊接。拼裝過(guò)程中要注意避免過(guò)大的外力強(qiáng)制組對(duì)，防止焊件的變形。對(duì)接口的間隙，搭接長(zhǎng)度，坡口角度連接要合理。

4.選擇合理的焊接工藝

焊接時(shí)能量越小，焊接后變形就越小，所以在盡可能的情況下盡量焊多層、使用小焊條，對(duì)電流、焊接速度也要進(jìn)行控制。在焊接鋼件時(shí)候，要先從短焊縫開(kāi)始焊接，再焊長(zhǎng)焊縫，先焊立位面角焊縫再焊平面角焊縫，先焊接對(duì)接再焊接角接；先外后內(nèi)，先縱后橫，先中后邊。對(duì)于長(zhǎng)焊縫，要使用斷續(xù)焊法，每隔1M左右距離焊縫要進(jìn)行對(duì)稱焊接，如果是1.5米以上可以使用跳焊法。其中斷續(xù)焊接時(shí)焊接接頭比較多，所以容易產(chǎn)生缺陷。

5.適當(dāng)應(yīng)用預(yù)熱法

在焊前可以對(duì)焊件進(jìn)行加熱，局部預(yù)熱或整體預(yù)熱之后再進(jìn)行焊接。焊前預(yù)熱后能夠減少焊接應(yīng)力變形，不同的焊件預(yù)熱溫度不同一般預(yù)熱溫度80度到300度之間。

6.剛性固定法

剛性固定法是指焊接時(shí)將構(gòu)件用夾具等固定在具有一定強(qiáng)度的工作臺(tái)上，構(gòu)件在熱脹冷縮時(shí)會(huì)受到約束，變形被外力所限制。這種方法適用于塑性較好的材料和厚度在10mm 以下的薄板。

三、焊接變形的矯正

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素很多，當(dāng)焊接變形難以避免或構(gòu)件的變形程度超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須進(jìn)行矯正。通常焊接變形的矯正可分為冷矯正法和熱矯正法兩種。

1.冷矯正法

冷矯正法也叫機(jī)械矯正法，是使用機(jī)械力的作用，對(duì)焊接變形進(jìn)行矯正，這種矯正方法常常使用于小尺寸焊件或變形程度較小的焊件，常用器具有千斤頂、壓力機(jī)、矯板機(jī)等。在矯正工作時(shí)，需要先將焊件固定在工裝之間，再對(duì)焊件構(gòu)件施加相反焊接方向的外力，使其產(chǎn)生相反的塑性變形，補(bǔ)償原來(lái)因?yàn)楹附討?yīng)力造成的變形即可。但是需要注意，因?yàn)樾枰┘幼饔昧Φ脑颍浼庸しú贿m用于脆性較大和硬度較大的鋼材料。

2.熱矯正法

熱矯正法也叫火焰矯正法，它是利用火焰的溫度對(duì)焊縫局部進(jìn)行加熱，在其冷卻時(shí)，重新發(fā)生熱脹冷縮造成新的局部形變，從而能夠抵消舊的形變，達(dá)到矯正的目的。所以如何正確的選取加熱位置，溫度以及冷卻時(shí)間是能否取得火焰矯正良好效果的重要因素。熱加工法適用于低碳鋼結(jié)構(gòu)和部分普通低合金鋼結(jié)構(gòu)。

火焰矯正法的加熱方法有點(diǎn)狀加熱，線狀加熱和三角形加熱三種。點(diǎn)狀加熱主要適用于矯正板料的凸凹變形，要根據(jù)鋼板自身的厚度，材料和變形程度確定加熱點(diǎn)的直徑，數(shù)量和間距。一般情況下鋼板厚度越大，變形越大，加熱點(diǎn)越多，直徑越大，間距越小。加熱點(diǎn)直徑一般在 十毫米到三十毫米之間之間，相互距離一般為五十到一百毫米，排布形狀往往采用梅花形狀。線狀加熱有三種基本形式：直線加熱、曲線加熱和環(huán)線加熱，具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)酌情選擇。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)了各種施工中鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，以及變形的控制要點(diǎn)和矯正方法，這些經(jīng)驗(yàn)將在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中起到預(yù)防和指導(dǎo)作用。鋼結(jié)構(gòu)的焊接形變?cè)谑┕すこ讨薪?jīng)常發(fā)生，影響建筑施工質(zhì)量，必須注重控制和矯正。

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