探究鋼結構制造中焊接變形的控制策略

包亞軍 屈婧 劉培坤

作者簡介：包亞軍（1972—），男，職高，高級技師，研究方向為機械制造。

屈婧（1988—），女，本科，工程師，研究方向為材料科學與工程。

劉培坤（1994—），男，大專，技師，研究方向為機械制造。

摘要：鋼結構制造過程中，往往會受到很多因素的影響，從而發生焊接變形問題，進而嚴重影響到鋼結構的制造質量。基于此，本文重點對鋼結構制造中焊接變形的控制策略進行探討，從焊接變形的類型入手，分析了鋼結構焊接變形影響因素，提出鋼結構制造中焊接變形的控制策略，希望為相關人員提供參考借鑒，降低鋼結構制造環節焊接變形問題的出現，保證鋼結構的安全性與穩定性。

關鍵詞：鋼結構制造;焊接變形;控制策略;焊接工藝

中圖分類號：TG404

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-7840

Abstract： Steel structure manufacturing process is often affected by many factors， thus， the welding deformation will occur， which will seriously affect the manufacturing quality of steel structure. Based on this， this paper focuses on the control strategy of welding deformation in steel structure manufacturing， starting with the types of welding deformation， analyzes the influencing factors of welding deformation of steel structure， and puts forward the control strategy of welding deformation in steel structure manufacturing， hope to provide reference for relevant personnel， reduce the steel structure manufacturing link welding deformation， ensure the safety and stability of the steel structure.

Key words： Steel Structure Manufacturing; Welding deformation; Control strategy; Welding process

鋼結構制造環節，會受到較多因素的影響，最終出現焊接變形情況，如加熱不均勻、焊接工藝不合理、材料質量問題等，當出現焊接變形問題后，會對鋼結構產品制造質量產生較大的影響，因此，在鋼結構制造環節，需要重點關注焊接變形的控制問題，積極制定出有效的策略對焊接變形進行有效控制。

1 焊接變形的類型

1.1 縱橫向收縮變形

受到焊縫大小、焊縫變化等的影響，在鋼結構軸向方向產生的收縮變形，屬于縱向收縮變形;由于高溫環境下金屬會受熱膨脹，受到周圍低溫金屬的影響，在與焊縫垂直的方向產生的收縮變形，屬于橫向收縮變形。

1.2 撓曲變形

鋼結構焊接環節，因為焊縫兩側存在不同的收縮變形量，或者焊縫一端出現了收縮變形，而另一端并未出現這種情況，就會導致撓曲變形的產生。

1.3 角變形

若焊接環節沿著板厚方向發生不同的焊縫收縮變形量，會導致焊接后構件平面繞焊縫產生一定的角度，這種情況下就屬于角變形。

1.4 波浪變形

因為內應力作用，導致焊接后構件失穩，形狀為波浪狀，則屬于波浪變形。

1.5 錯邊變形

因為焊接鋼結構兩側受熱不均，使得焊件在長度及高度上出現了錯位，則為錯位變形。

2 鋼結構焊接變形影響因素

2.1 焊接工藝

當焊接電流較大及焊條直徑較寬時，會降低焊接速度，使得高溫影響的區域范圍不斷增大，從而會出現焊接變形情況。而選擇不同的焊接工藝，發生的變形情況也會存在較大差異，因此，焊接工藝會對焊接變形產生直接的影響，具體表現為：焊接層數越多，變形程度也就會越大;同連續焊縫方式比較，斷續焊縫方式的收縮量變形更小;對接式焊縫，其橫向收縮變形量更多，能夠達到縱向收縮變形的2～4倍。

2.2 焊縫位置

鋼結構焊接環節，實際焊接位置各不相同，因此，焊接縫對鋼結構也會產生不同的影響，主要表現為一些主要的鋼結構受力處的焊接縫，會影響到鋼結構的受力狀態，同時，還會受到外界作用力的影響，從而導致焊接縫發生變形情況，嚴重影響到了鋼結構的整體安全性及穩定性，所以，需要重點進行焊接位置的控制。

2.3 鋼結構強度

實際上，鋼結構強度表示的是鋼結構在彎曲及拉伸變形作用下，能夠承受的抵抗能力。鋼結構截面尺寸及形狀均會影響到鋼結構的剛度，鋼結構剛度較小時，焊接接縫對稱分布，如果焊接程序合理，僅會出現線性縮短變形。如果焊接接縫不對稱分布，會發生彎曲變形問題。施焊程序合理的情況下，保證焊縫截面中心與接頭截面中心處于同一方位時，僅會產生線性縮短，若兩者不處于同一方位，會出現角變形情況。

3 鋼結構制造中焊接變形的控制策略

3.1 強化焊接工藝控制

鋼結構制造環節，焊接工藝會對焊接質量產生直接的影響，因此，若想防止焊接變形情況的出現，需要強化焊接工藝控制，具體可以選擇以下方式。第一，在焊接工藝的選擇上，需要以具體鋼結構焊接要求為主，以保證焊接工藝的科學性與合理性，焊接人員應根據鋼結構焊接要求及具體選擇的焊接工藝，確定出最佳電流、焊接速度與焊接順序，從而避免出現鋼結構焊接變形情況。第二，當存在較長或者較為集中的焊縫時，需要選擇針對性的焊接工藝，利用跳焊法處理集中焊縫，利用對稱焊結合分段退步焊的方式處理較長焊縫，有效減少焊接變形情況的出現。第三，焊接復雜鋼結構時，不但要做好焊接工藝的選擇，還應遵循科學、合理的焊接原則，先焊短后焊長、先中間后兩邊、先對接縫后搭接縫等，最大限度地避免出現鋼結構焊接變形問題。

3.2 規范焊接順序

鋼結構制造中，為對焊接變形問題進行有效的控制，需要進行鋼結構制作標準的詳細分析，進一步規范焊接順序，特別是應了解鋼結構的規格型號、形狀等信息，保證鋼結構焊接工作良好開展[1]。鋼結構焊接環節，會涉及較多小組件的焊接工作，這也是鋼結構制造的基礎所在，完成各小組件焊接，才能順利開展鋼結構的整體焊接及裝配工作，更是對焊接變形進行控制的關鍵內容。焊接小組件時，需要做好組件裝配與定位焊固定工作，隨后嚴格根據焊接順序開展實際工作，保證焊接的規范性，防止出現鋼結構焊接變形問題。需要注意的是，部件裝配環節很有可能會發生變形問題，所以焊接技術人員需要嚴格進行零配件管理，根據焊接要求選用零配件，以免在部件裝配環節出現變形問題，確保鋼結構制作的科學性及合理性。

3.3 適當采用反變形法

通常情況下，鋼構件焊接工作完成后，會因為熱脹冷縮的影響，使得鋼結構出現收縮變形情況，因此，可以對焊接環節較易發生收縮變形情況的鋼構件，適當采用反變形法。對于反變形法而言，其實際上表示的是事前控制變形問題，根據變形相反的方向，預留出變形大小的余量，不過應用這種方法需要具備一定的前提條件，即不但要有相應的焊接工藝試驗，還需要豐富的經驗。基于焊縫設計要求下，對焊接規范進行調整，選擇規格及材質相同的鋼板，事先做好試件進行焊接，確保焊角、高度及焊縫形式滿足設計要求，完成焊接后，將其冷卻至環境溫度，對翼板變形量進行測量，得到的數值就是壓制反變形的參數，在壓力機的良好使用下， 事先壓出變形量的數，保證翼板兩端處于上翹狀態，進行焊接變形量的抵消，焊接完成后，達到持平效果。

3.4 有效控制焊接坡口

若想減少焊接問題的出現，還應嚴格控制鋼結構的焊接坡口，主要是與生產實際情況結合，按照板厚程度、結構形式等[2]，進行坡口形式的合理設置。例如，拼接性焊縫，通常情況下，筒體軸向或大型容器類會選擇對接的方式，如果為立式拼裝，可在上端設置對接坡口，下端不用進行坡口設置，從而得到單V型坡口焊，更利于橫焊的開展。這種方式就是按照機構形式進行坡口設置，可以有效地控制焊接質量。在厚度較厚的板材拼接性焊縫變形控制上，為有效避免鋼結構在焊接后期出現嚴重的變形情況，應將非對稱性坡口，設置為焊接坡口，具體需要進行以下操作：將焊接坡口較深一側的2/3區域翻轉至正面，背面設置固定板，選擇多層多道焊接方式進行焊接。完成焊接操作后，應用氣刨清根焊接的方式，進行剩余區域的焊接，通過兩次翻轉焊接，最終完成整體焊拼縫焊接工作。通過合理設置焊接坡口，會有效減少拼縫焊接環節的翻轉次數，不僅會有效提升生產效率，還會有效控制焊接變形問題的出現。

3.5 積極利用剛性固定法

對于剛性固定法而言，實際上就是在焊接工作開展前，通過外加剛性約束的方式，對焊接環節的自由變形進行控制[3]，從而避免出現殘余變形的一種手段。例如，進行排土機設備中上部塔門焊接時，在其生產焊接上，主要包括單片阻焊、箱體組焊、塔門結構拼裝組焊，具體的焊接環節為：先進行單片組焊，將需要進行組焊的單片放置在剛性平臺上，利用壓鐵將板面中間壓住，將周邊封上后，再進行焊接，焊接完畢待焊縫冷卻后，將固定焊縫磨掉，并移除壓鐵，通過這一方式，會有效防止單片組對時出現波浪變形情況。組對塔門箱體時，通常是將箱體一面作為基準，并在臺架上固定，實施封焊組對，胎架會起到剛性固定的效果，避免變形的產生。進行箱體兩側板組對時，通過臨時支撐的方式，增加結構件約束，將一些臨時的拉桿或者支撐焊在容易產生變形問題的部位，使局部剛度進一步增加，對焊接變形進行控制。進行回轉底座與塔門拼裝焊接時，剛性固定尤為重要，可以通過增加水平約束力的方式，控制焊接變形問題。為達到良好的控制效果，應在底座與塔門焊接前，將塔門吊裝就位，同時與底座連接。在這種方式下，得到局部穩定結構[4]。選擇立裝的方式，因為存在較高的高度，整個結構體兩側均具備剛性約束，會保證結構整體在拼裝焊接時，不會出現嚴重的變形情況。

3.6 做好焊接后處理工作

鋼結構焊接后，應通過針對性的檢查工具，全面、詳細地檢查焊接情況，例如，可利用放大鏡，對焊接表面是否存在夾渣與氣孔等情況進行檢查，具體工作中，還應做好以下工作。第一，應進行良好保溫[5]，檢查完鋼結構焊接質量后，需要對焊縫實施后溫處理，在這種方式下，利用功率較大的烤槍，均勻加熱焊縫中間部位兩側，將溫度控制在250℃左右，加熱范圍不要超過中間部位兩端的150mm，均勻加熱20min即可。后溫處理環節，應將石棉布扎緊處理部位，隨后密閉焊接防護棚，特別是當溫度較低的情況下，這種處理方式會防止驟然冷卻導致的變形問題，待整體恢復常溫后，可將防護棚撤去。第二，進行焊接節點無損檢測，及時找出焊縫缺陷，特別是重要的承力節點處，需要花費較長的時間進行跟蹤復測，以免鋼板出現撕裂變形情況[6]。

3.7 合理選擇焊接變形矯正方式

當鋼結構構件出現扭曲或彎曲變形情況后，會使構件不滿足規范設計要求，所以需要選擇相應的方式對其加以矯正，主要包括以下幾種方式。第一，通過相應機械，進行焊接變形的機械力糾正，包括撐直機與壓力機等[7-8]，可在變形鋼結構構件兩邊放置壓力機，對準構件變形位置緩慢施壓，進而對焊接變形進行矯正。第二，焊接工作完成后，當存在焊接變形問題時，可選擇高溫火焰反其道矯正方式，主要原理為將一定的熱量輸入到鋼結構焊接變形位置，將其加熱至塑性狀態，產生收縮差，這種情況下，變形部位會向相反的方向變形，最終矯正變形情況。第三，因為不同的鋼結構具備一定的差異性，當以上兩種方式未能達到良好的矯正效果時，可以將兩種方式進行綜合利用。

4 結語

綜上所述，鋼結構焊接過程中，會存在較多的焊接變形類型，導致焊接變形的原因較多，不過，最主要的原因是焊接環節加熱不均勻。當前，鋼結構制造環節，焊接變形問題較為常見，在一定程度上影響到了鋼結構質量。因此，需要采取強化焊接工藝控制;規范焊接順序;適當采用反變形法;有效控制焊接坡口;積極利用剛性固定法;做好焊接后處理工作;合理選擇焊接變形矯正方式等手段，有效控制鋼結構焊接變形問題。

參考文獻

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