鋼結構焊接變形原因及控制措施

摘要：在建筑行業中隨著鋼結構的廣泛使用，其在焊接過程中產生的焊接變形主要有縱向橫向收縮變形、撓曲變形、角變形等，本文通過對鋼結構焊接變形原因的分析，在設計和施工過程中采取相應的措施來減少焊接變形，從而提高工程結構質量。

關鍵詞：鋼結構；焊接變形；控制措施

在建筑行業中采用的連接方式主要有焊接、鉚接、螺栓連接。其中采用焊接方式，操作簡單，節省鋼材，適應力強，可適合各種構件，因而焊接方式成為最常用的鋼結構鏈接方式。

一、焊接變形類型及其原因

焊接過程其實是高溫加熱過程，鋼結構在高溫時其金屬受熱膨脹，從而產生塑性變形，而在冷卻時，金屬開始進行收縮，但是由于其受到周圍金屬的阻撓，而無法進行完全的自由收縮，因而產生焊接變形。焊接變形分成六類，主要有縱橫向收縮變形、撓曲變形、波浪變形等。

1.1 縱橫向收縮變形

由于焊縫的變化、焊縫尺寸的大小等原因，在軸向方向出現的收縮變形，我們稱之為縱向收縮變形；而由于金屬在高溫區受熱膨脹，但是受到周圍低溫金屬的阻礙而在與焊縫垂直的方向上出現的收縮變形則稱之為橫向收縮變形。

1.2 撓曲變形

在焊接過程中，由于焊縫兩側的收縮變形量的不同，或者是由于焊縫的一邊產生了收縮變形而焊縫的另一邊未產生收縮變形，而形成撓曲變形。

1.3 角變形

由于在焊接過程中沿著板厚方向產生的焊縫收縮變形量的不同而造成焊接后的構件平面繞焊縫產生一定的角度，我們稱之為角變形。

1.4 波浪變形

由于內應力的作用，焊接后的構件失穩，其形狀為波浪狀，我們稱為波浪變形。

1.5 錯邊變形

由于焊接的鋼結構的兩側在焊接過程中受熱不均勻，而造成焊件在高度和長度兩個維度上產生了錯位，我們稱為錯位變形。

1.6 螺旋形變形

螺旋形變形主要是由于焊縫的角變形在長度方向上分布的不均勻性，或者縱向的錯邊變形而造成的。

綜上所述，根據焊接變形類型及原因，我們總結如下，其中變形原因主要有焊縫尺寸、焊縫能量、焊縫收縮變形量等。

二、減少焊接變形的幾種措施

根據焊接變形的類型及其產生原因，本文主要從設計和施工兩個方面來采取相應的控制措施減少焊接變形。

2.1 如何在設計中減少焊接變形

主要通過在設計中通過焊縫尺寸大小、焊縫數量、焊接位置等來來減少焊接變形。

（1）控制焊縫數量和尺寸

根據鋼結構設計理論，鋼結構的輸入熱量會隨著焊縫數量的增多、焊縫尺寸的增大而增加，因而隨著輸入熱量的增加會引起相應的焊接變形。所以設計人員在設計中需要合理選擇焊縫數量和尺寸。

（2）選擇合理的焊接方式

根據相應的設計理論和焊接基礎知識，在設計中選擇合理的破口形狀和破口尺寸，可減少焊縫的截面面積，因而可減少一定的焊接變形。

（3）選擇合理的焊接操作方式

在焊接過程中，將焊縫的焊接位置不處于仰面，既可以使焊接操作更加方便、簡單，保持焊接質量不受影響，又可以避免產生相應的焊接變形。

2.2 如何在施工中的控制焊接變形

通過在焊接過程中選擇科學合理的焊接工藝，可控制在施工過程中產生相應的焊接變形。在施工過程控制焊接變形主要有三類，分別為施工過程的預防措施、焊后變形矯正措施以及相應的施工管理措施。

2.2.1 預防措施

預防措施主要四類，分別為反變形法、剛性固定法、合理的焊接方法和規范、合理的焊接裝配順序等。

（1）反變形法

反變形法就是在實施焊接工作之前，操作人員通過確定焊接變形的大小和方向使焊接后的構件可以滿足設計要求。比如通過施加相反的作用力（采用夾具）與焊接變形相抵消從而來防止焊接變形。

（2）剛性固定法

反變形法是通過施加相反的作用來抵消焊接變形的，而剛性固定法是通過在相反方向上增加焊件的剛度（采用夾具或者點焊方式）來限制焊接變形的，當沒有采用反變形法時，可采用剛性固定法。

（3）焊接方法和規范

根據焊接方法和規范，在施工過程中選擇合理科學的焊接方法和相應的規范可以有效地減少焊接變形。比如采用傳統的手工電弧焊會產生焊接變形，如果用CO2焊接法代替，則可以大大減少焊接變形；或者采用間斷焊接法。

（4）裝配焊接順序

在眾多的裝配焊接順序中，通過選擇科學合理的裝配焊接順序，可以在施工過程中使焊接變形相互抵消，從而可有效減少相應的焊接變形。

2.2.2 焊后矯正變形措施

焊后矯正變形措施有兩類，主要為機械矯正法和火焰矯正法。

（1）機械矯正法

機械矯正法，顧名思義就是通過借用外力，從而產生與焊接變形方向相反的變形，可抵消原來產生的焊接變形，以此來減少焊接變形。比如在施工中焊接方式的選擇——對稱焊接方式，當焊縫不對稱時，我們可以先焊接焊縫較少的一邊，然后根據對稱原理，再焊接另一邊。

（2）火焰矯正法

火焰矯正法就是在焊接變形相反的方向上利用火焰產生相應的壓縮變形，這樣的操作能夠使金屬在冷卻后進行收縮，從而可進行變形矯正。火焰矯正法根據利用跟蹤水冷的方式可分為正冷、背冷和空冷三種方式，其中在火焰加熱的正面采用跟蹤水冷方法稱為正冷；而在加熱背面采用跟蹤水冷則為背冷；在加熱過程中不采用跟蹤水冷則為空冷。

2.3 加強施工管理，提高焊接水平

對于焊接工作人員加強培訓，加強學習焊接理論知識，加強實踐操作，從理論和實踐兩方面提高焊接工作人員能力，從而減少焊接變形。

（1）增加培訓課

通過增加培訓，加強焊接工作人員的基礎知識，提高技術水平。

（2）持證上崗

通過一定的理論學習和實踐操作，取得相關資格證書，工作人員持證上崗。

（3）加強施工管理措施

通過制定相關管理措施，提高施工過程中工程質量，從理論到實踐全方位減少焊接變形。

三、總結

在鋼結構中，焊接變形主要有縱橫向收縮變形、撓曲變形、波浪變形等，其原因主要有焊縫尺寸、焊縫能量、焊縫收縮變形量等。通過在設計過程中對焊縫數量、尺寸、焊接方式等的合理選擇；在施工過程中，采取相應的控制措施進行預防和焊后矯正，同時加強施工管理，可有效控制焊接變形，從而使工程質量得到一定的保證。

參考文獻：

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作者信息；李保平 性別 男 出生年月 1981.03 籍貫 河南濮陽人 職稱 講師 學歷 碩士研究生 單位 瀘州職業技術學院 研究方向 建筑施工endprint