大型鋼結構制作中焊接變形的控制分析

朱佳

摘要：近年來，在我國工業快速發展中，作為工業化道路建設中重要的組成部分，機械工業中的大型鋼結構得到了廣泛應用。而在其應用中，一項必不可少的工藝就是焊接，焊接的質量會進一步影響到大型鋼結構的安全性和質量水平。其中，在大型鋼結構焊接中，需要進行多項復雜的操作和計算，而焊接本身是一項實施過程會存在復雜變化的工藝技術，因此大型鋼結構的焊接難度較大。本文主要進行大型鋼結構制作中焊接變形的控制分析，了解大型鋼結構的焊接難度和產生變形的因素，以更好地控制變形，保證焊接質量。

關鍵詞：大型鋼結構;制作;焊接;變形;控制策略

引言

在焊接工藝操作中，存在建模和數值求解方面的多項問題，并且大型鋼結構焊接的難度更高。在大型鋼結構制作中，焊接是其重要工序，消除焊接應力、控制焊接變形是確保工程質量的關鍵所在。

1大型鋼結構制作中焊接變形的影響因素

1.1材料因素

大型鋼結構制作中，焊接材料是引發焊接變形的重要因素，一般情況下，母材與焊材作為焊接常用材料，其物理性能及熱力學性能往往會對焊接效果產生強烈影響。在大型鋼結構制造中，焊接變形的影響因素包括溫度梯度和材料熱傳導系數，而這兩種因素之間呈鮮明的反比例增長關系，也就是說，隨著熱傳導系數的減小，溫度梯度會明顯增大，材料所受焊接影響也比較大，此種情況下焊接變形也比較嚴重。而熱力學性能對大型鋼結構變形的影響則明顯強于材料物理性能，其中以膨脹系數為典型代表。隨著膨脹系數的加大，焊接變形也會隨之加大。此外，大型鋼結構焊接中會形成高溫環境，此時材料屈服基線及彈性模量也是影響材料焊接變形的重要因素，其具體關系為：隨著彈性模量的逐漸變大，焊接變形會在一定程度上減小，但受到材料屈服極限增大的影響，焊接殘余應力顯著增強，導致材料受力能力明顯降低，使得大型鋼結構焊接出現嚴重變形。材料是大型鋼結構制作過程當中最重要影響因素之一。在焊接當中經常會運用到母材和焊材這兩種材料。這兩種材料在物理和熱力學上性能有很大區別，它們對焊接效果也會產生不一樣影響。大型鋼結構制造過程會出現焊接變形原因主要有以下這兩個方面。第一原因就是溫度梯度，第二個原因就是材料熱傳導系數。這兩者之間存在反比例關系，隨著熱傳導系數變小，溫度梯度會變大。材料是影響焊接最直接因素，它也會導致出現嚴重焊接變形情況。要注重材料選擇問題。不過，材料的物理性能要比熱力學性能影響結構變形大一點。其中，膨脹系數最為典型。除上面這兩個影響因素之外，大型鋼結構焊接還會受到高溫環境、材料屈服基線等多重因素影響。在這些因素作用之下，所使用材料受力可能會降低，會出現嚴重變形情況。從這方面也可以看出，材料是非常關鍵環節。

1.2鋼結構剛度

所謂鋼結構剛度，是指大型鋼結構在彎曲及拉伸變形條件下的抵抗力承受能力，在大型鋼結構焊接中，鋼結構截面尺寸及鋼結構形狀是影響剛度的重要因素，實際焊接中若不能加以科學化控制，極易引發焊接變形。一般情況下，鋼結構界面尺寸及截面面積主要對縱向桁架及工字鋼截面產生影響導致變形問題出現，而鋼結構截面形狀主要影響丁字鋼、工字型鋼的彎曲變形量，鋼結構抗彎剛度與截面形狀對大型鋼結構的變形影響存在一致性。所謂鋼結構剛度，主要是說在彎曲和拉伸情況下，鋼結構所能夠承受的抵抗力。對鋼結構剛度能夠產生影響因素主要有鋼結構截面尺寸和形狀。鋼結構截面尺寸會對縱向桁架和工字鋼截面變形量產生影響。同時，其截面形狀抗壓剛度也會對其形態彎曲有影響。

1.3焊縫位置

就大型鋼結構焊接的實際情況來看，不同焊縫位置對結構整體所產生的影響也各不相同，具體來講，若焊縫出現于鋼結構受力部位，則會在一定程度上影響焊縫，并引發焊接變形問題，嚴重影響大型鋼結構整體穩定性，甚至影響大型鋼結構使用性能的發揮，給工程建筑埋下安全隱患。不同鋼結構，焊接位置也有所不同。不同焊接縫隙也會對結構產生影響。因為鋼結構在特殊受力情況下會出現焊接縫，受力狀態會發生變化。在受到外界作用力影響之下，焊接縫也會導致焊接出現變形情況。從而對鋼結構整體安全可靠產生不利影響。為此，在施工時候應該重點控制焊縫位置。

1.4焊接工藝

焊接是大型鋼結構制作中的重要環節，焊接工藝也成為焊接變形的重要影響因素，相關工程實踐表明，對接焊縫方式、多層焊接方式等都會在一定程度上引發焊接變形。就對接焊縫來看，應用此種焊接工藝會導致橫向收縮變形量明顯大于縱向收縮變形量，從而導致大型鋼結構出現焊接變形。就多層焊接來看，焊接成熟與變形之間存在密切聯系，隨著焊接作業中層數的不斷增加，焊接變形程度則會明顯加大，層級之間收縮量差異導致大型鋼結構焊接變形最終出現。

1.5焊接坡口影響

焊接坡口也是影響焊接工藝的原因之一。這個問題在實際操作過程當中，往往會被大家忽視。其實，焊接坡口會跟變形程度形成正比關系。當坡口越小，變形程度就會越小。在不同工藝水平之下，焊接坡口影響焊接工藝效果也有本質區別。在焊接時候要遵循一定規范，可以適當減少焊條擺動，從而減少焊接變形情況出現。

2焊接產品常見問題

焊接缺陷主要是應力集中和變形，會嚴重影響到焊接結構承載能力，同時存在應力和變形的情況下就會更加危險。當缺陷出現在焊縫及周邊時，由于這類部位的拉伸殘余力最大，因此會將焊接結構的強度降低。其原因在于焊接缺陷會減小承載橫截面的有效面積，在其周邊還會產生應力集中。在焊接中存在設計不當、施工不當的問題時，會導致應力集中和承載截面的變化，常見焊接缺陷主要是未焊透、裂紋、氣孔和焊穿等。

3結束語

在當前建設工程中，大型鋼結構運用廣泛，且其應用程度也在發展。因此，對于其中存在的焊接變形的問題，要結合工作實踐和影響因素分析研究等，進一步制定出可行的、有針對性的控制策略，使大型鋼結構焊接質量得以保證，能夠更好地應用。

參考文獻

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