淺析如何有效控制鋼結構的焊接變形及應力

趙晶，劉洋，劉海濤，戴小龍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

焊接是制造鋼結構最為常用的一種方法。鋼結構自身的強度和穩定性，以及使用的時間長短，都與在焊接過程中的各種因素有關。這些因素主要包括焊接的方法、焊接接頭的形式以及焊縫截面積大小等。任何一種因素都會給鋼結構的性能造成嚴重的影響，而且，對于鋼結構的焊接來講，其過程中產生的焊接變形以及焊接應力的現象很難避免。那么，為了保證鋼結構的性能，就必須加強對焊接變形及應力的有效控制。

1 鋼結構焊接變形與焊接應力的基本組成分析

1.1 鋼結構焊接變形的組成種類

根據以往的經驗可以得出，鋼結構出現焊接變形主要包括面外變形和面內變形這兩種。面外變形又可以分為：扭曲形變、彎曲形變、失穩波浪形變和角形變等。面內變形可以分為縱向收縮變形、橫向收縮變形以及焊縫回轉變形等。對于鋼結構來講，其所發生的變形種類，大都是橫向收縮和縱向收縮變形。

1.2 鋼結構焊接應力的組成種類

一般來講，鋼結構焊接后，進行冷卻處理的焊接結構中，往往會存在一些并未消除的應力。這種焊接應力主要可以分為橫向應力、縱向應力以及沿焊縫厚度方向的應力。

2 加強鋼結構焊接變形以及應力的控制策略研究

2.1 控制鋼結構焊接變形的策略探討

（1）加強對鋼結構設計階段的合理控制。對鋼結構的焊接變形進行控制，最重要的便是選擇合理的方式設計鋼結構。要想設計出更加具備科學性的鋼結構，必須要對鋼結構焊接過程中，影響焊接出現變形的原因以及不同焊接種類所具備的特征進行分析與研究。在展開焊接時，一定要對使用的焊接形式和焊縫的尺寸等進行合理的選擇。當焊接縫的數量和尺寸越大越多時，就會導致鋼結構發生焊接變形的頻率加大。因此，要盡可能地減小和減少焊接縫與尺寸的大小，便于實現對鋼結構焊接變形在后期的更好控制管理。

（2）鋼結構焊接方法的選擇。對于鋼結構的焊接來講，只有結合焊接縫的形狀以及大小，選擇恰當的焊接方式，減少各種焊縫的發生，才能減少鋼結構出現焊接變形的現象。那么，在焊接時，可以選擇小剛性節點形式，盡可能地使焊接過程中的焊縫越來越少，同時能夠避免焊縫出現交叉的現象。鋼結構在焊接施工過程中，要先分析焊縫的種類，根據不同的焊縫種類，對焊接的順序以及所使用的方法進行選擇，對焊接過程中焊縫的處理，要選擇對稱焊接的方式。而且，焊縫的位置要選擇一些相對較低的應力區域，從而為控制焊接變形做好一定的基礎準備。

（3）根據焊縫位置選擇焊接方式，在進行鋼結構焊接時，對焊縫位置的處理方式等，都可能會造成不同程度的焊接變形現象出現。一般來說，先進行焊接處理的焊縫，很容易發生焊接變形的現象。當鋼結構的截面形狀符合對稱的情況下，便可以使用對稱焊接方式，這樣便可以實現對焊接變形的合理控制。鋼結構的截面形狀不對稱時，要先處理截面較小的進行焊接，這樣便可以減少焊接變形的發生。

2.2 鋼結構焊接應力的控制策略分析

（1）焊接順序的合理選擇。對于焊接應力的控制來講，鋼結構的焊接順序，也需要對其進行合理的解決和處理。一般來說，要先對中間的部分進行焊接，再對四周進行焊接處理。當一些鋼結構自身的表面存在交叉焊縫的情況時，該部位的焊接方式要嚴加管理。有可能在某些部位存在并未進行焊接處理的現象，就會在各種因素的影響下，使其出現焊接應力的狀況，從而使鋼結構自身的性能逐漸下降，鋼結構自身的使用壽命也會降低。

（2）振動時效法的選擇。經過以往的焊接經驗和各種實際案例可以發現，在對鋼結構進行焊接時，使用振動時效法，能夠在一定程度上降低焊接應力的發生。這種方式的使用，與鋼結構焊縫自身的大小和形狀都沒有任何關聯，而且，施工的過程所耗費的時間成本較低，對自然環境也并未產生什么危害和污染。這種振動時效法的使用，在消除鋼結構焊接應力時，要對振動的類型和程度進行合理的把控，從而提高鋼結構的穩定性。

（3）間斷焊接法的使用。在對鋼結構進行焊接的過程中，鋼結構自身會受到焊接熱源的影響，使其出現一定程度上的焊接應力。使用的間斷焊接法，主要是可以使焊接區的構件處于冷卻的狀態下，減少其受到的熱源影響。該方法的使用，往往比較麻煩，需要消耗的焊接工期相對來講比較長。

（4）分解焊接各部分的鋼結構構件。有些鋼結構自身的組成體積比較大，對于這種大體積的鋼結構進行焊接，往往需要的焊接方式和程序都比較復雜，同時，也會消耗大量的成本。那么，對于這種情況，可以將這種大型的鋼結構構件進行分解，分解之后的部分再單獨進行焊接處理。這樣一來，不僅能夠減少焊接應力的發生，還可以促進鋼結構焊接效率的提升。

3 結語

綜上所述，在對鋼結構焊接過程中，往往會因為多種因素的影響，使鋼結構的焊接工作中出現一些問題，引起鋼結構焊接變形和焊接應力。這樣一來，便會給鋼結構自身的性能造成影響，人們必須對此加以重視，盡可能地采取更多科學合理的措施，選擇恰當的焊接方式和焊接順序，減少和避免焊接出現變形以及應力的現象，從而加強對鋼結構焊接質量的控制。