大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制工藝的研究

張學(xué)靜

（中交世通（重慶）重工有限公司，重慶 402100）

隨著工程建設(shè)規(guī)模化的發(fā)展，對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)焊接工程的質(zhì)量把控提出了更高要求。鋼結(jié)構(gòu)焊件各部分存在相互制約的關(guān)聯(lián)，在焊接中出現(xiàn)構(gòu)件加熱或冷卻不均勻的情況，受熱脹冷縮的作用影響，促使焊件本身產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力，無(wú)法自由地伸長(zhǎng)與縮短，從而出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的現(xiàn)象。需本著具體問(wèn)題具體分析的原則，深入分析鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因，采取針對(duì)性的措施處理變形問(wèn)題，以促使焊接變形控制工藝作用的充分發(fā)揮。

1 大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的類型分析

影響鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素較多，同影響因素引起的焊接變形狀態(tài)，也存在明顯的差異，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的類型如下所示：一是波浪形變形。焊縫位置受自身內(nèi)應(yīng)力的影響，會(huì)在焊接位置產(chǎn)生波浪式表現(xiàn)。二是撓曲變形。兩焊縫位置不可能會(huì)出現(xiàn)同一焊接變形結(jié)果，給人一種感官扭曲變形。三是錯(cuò)邊變形。鋼結(jié)構(gòu)焊接的加熱不均勻，會(huì)直接影響焊接構(gòu)件的收縮度，在焊縫位置的構(gòu)件長(zhǎng)寬控制不理想，易引起焊接變形情況。四是焊縫角螺旋狀變形。焊縫角鋼結(jié)構(gòu)縱橫面分布不均，最終出現(xiàn)焊接變形的現(xiàn)象。五是降溫收縮縱橫變形。焊接溫度下降時(shí)，以焊縫為原點(diǎn)的金屬，會(huì)逐漸產(chǎn)生縱橫軸方向的收縮變形。焊接溫度下降時(shí)，受金屬收縮量差異的影響，促使鋼結(jié)構(gòu)角度位移而產(chǎn)生變形的現(xiàn)象。

2 大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的影響因素

2.1 溫度的影響

鋼結(jié)構(gòu)的金屬會(huì)直接受到焊接溫度的影響，當(dāng)焊接溫度超過(guò)金屬熔點(diǎn)時(shí)，易出現(xiàn)金屬膨脹的現(xiàn)象。過(guò)高的金屬溫度，會(huì)引起周邊金屬膨脹，從而出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象，也會(huì)直接影響鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量。因此，在焊接大型鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，焊接溫度的控制效果不理想，極易引發(fā)焊接變形情況。

2.2 焊接材料的影響

不同種類的焊接材料，在性能方面也存在明顯的差異。在相同焊接溫度的條件下，焊接材料的膨脹度也不同。未合理選擇焊接用的施工材料，加上焊接溫度控制不到位，會(huì)因過(guò)大或過(guò)小的膨脹度因素，從而產(chǎn)生焊接變形的問(wèn)題。

2.3 焊接方法的影響

對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接工程，對(duì)焊接方法與焊接順序的要求較高。焊接部位不同，自身的承載力與焊接需求等方面也存在明顯的差異。焊接方法與焊接順序不合理，會(huì)因鋼結(jié)構(gòu)扭曲的因素影響而出現(xiàn)焊接變形的情況。

2.4 焊縫位置的影響

在大型鋼結(jié)構(gòu)焊接中，需加強(qiáng)注意焊縫位置的合理選擇。鋼結(jié)構(gòu)重力對(duì)不同承載力金屬壓力效果具有一致性，因未合理選擇焊縫位置而引起焊接變形問(wèn)題，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

2.5 剛性的影響

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形也會(huì)受剛性的影響。在同等承載力的條件下，剛性大小會(huì)直接影響鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。鋼結(jié)構(gòu)的剛性大，產(chǎn)生焊接變形相對(duì)較小，反之，則焊接變形較大。忽視對(duì)鋼結(jié)構(gòu)剛性的控制，極易引起焊接變形的情況。

3 大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制工藝

3.1 控制焊接材料

為推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)，預(yù)防出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象，需嚴(yán)格按照工程建設(shè)要求與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)焊接材料選擇的合理把控。提前調(diào)研分析鋼材性能等情況，確保焊接性能貼合焊接品的質(zhì)量要求，最大程度地有效控制焊接變形。選擇大型鋼結(jié)構(gòu)焊接材料時(shí)不能一蹴而就，需遵循可靠性與實(shí)用性等原則，不能為了自身利益選擇與使用劣質(zhì)鋼材，以避免出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形等質(zhì)量問(wèn)題。

3.2 控制焊接技術(shù)

影響大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素較多，不能忽視焊接技術(shù)及規(guī)范操作等因素的影響。要求技術(shù)人員本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，綜合分析大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接條件和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等情況，選用恰當(dāng)?shù)暮附蛹夹g(shù)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求去規(guī)范焊接操作。在不影響焊接質(zhì)量的情況下，建議采用較低的線能量，以切實(shí)規(guī)避焊接變形情況。埋弧自動(dòng)焊有焊接收縮小與焊接速度快及熱利用率高等優(yōu)勢(shì)特征，更利于控制焊接變形問(wèn)題。而氣焊有焊接速度慢與受熱范圍較大等特點(diǎn)，后期發(fā)生焊接變形的可能性較大，不利于鋼結(jié)構(gòu)焊接工程質(zhì)量的有效把控。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊比手工電弧焊的效率更高。在大型鋼結(jié)構(gòu)焊接中，焊接工件受熱后會(huì)偏向一側(cè)收縮變形。因此，建議采取反變形法焊接技術(shù)。焊接前，彎曲放置焊接工件，側(cè)歪彎曲角度以留出焊接收縮變形的余量。工件向外側(cè)擺放稍超過(guò)焊接角度，工件在焊接中會(huì)受熱收縮，并剛好回到焊接的角度位置。在大型鋼結(jié)構(gòu)焊接中應(yīng)用反變形法焊接技術(shù)時(shí)，需適當(dāng)調(diào)整工件的角度，但通常無(wú)法滿足工件的高精度焊接要求。可采取剛性固定法焊接技術(shù)，通過(guò)固定焊接工件的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接變形的有效控制，并借助外力防止焊接工件受剛性力與熱應(yīng)力的破壞。應(yīng)用剛性固定法焊接技術(shù)時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)焊接過(guò)程的把控，盡可能地避免出現(xiàn)焊接變形情況。在鋼結(jié)構(gòu)的焊接中，加強(qiáng)對(duì)焊接順序的把控，做到先點(diǎn)焊再拉焊的正確焊接。

3.3 控制焊接過(guò)程

要想提高大型鋼結(jié)構(gòu)焊接工程的質(zhì)量，需加強(qiáng)對(duì)焊接過(guò)程的合理把控。注重對(duì)焊接材料選擇和焊接預(yù)實(shí)驗(yàn)與焊接工件厚度及焊接工件間厚度等焊接細(xì)節(jié)的控制，促使焊接過(guò)程更加科學(xué)合理。注意焊縫尺寸與焊接量及焊接變形風(fēng)險(xiǎn)間的關(guān)系，過(guò)大的焊縫尺寸，會(huì)增大焊接量與焊縫風(fēng)險(xiǎn)。但過(guò)小的焊縫尺寸，焊接冷卻的速度較快，也有可能引起鋼結(jié)構(gòu)的焊接缺陷。因此，需加強(qiáng)對(duì)焊縫尺寸的把控，確保焊接的質(zhì)量與鋼結(jié)構(gòu)的承載力達(dá)標(biāo)。通常要求焊縫布置與中性軸的位置對(duì)稱，并對(duì)稱地進(jìn)行焊接操作，通過(guò)相互抵消焊接變形，確保焊接工程的成效。把控鋼結(jié)構(gòu)的裝焊順序，通常是先對(duì)接焊縫后角焊縫。對(duì)于同時(shí)進(jìn)行的斷續(xù)焊接與連續(xù)焊接，需遵循先焊連續(xù)焊縫的原則。在焊接中長(zhǎng)焊縫時(shí)，可采取分段焊接的操作手法。通過(guò)控制焊接的順序，促使焊縫可自由收縮，從而降低焊接變形的可能性。焊接預(yù)實(shí)驗(yàn)的重要性不能忽視，需嚴(yán)格按照焊接要求控制電流電壓，規(guī)范展開(kāi)焊接的預(yù)熱與預(yù)實(shí)驗(yàn)操作，將預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為焊接工藝調(diào)整的依據(jù)。在焊接中產(chǎn)生裂紋時(shí)，需及時(shí)停止焊接操作，檢查并處理焊接點(diǎn)的偏差問(wèn)題，以逐步優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程，達(dá)到有效預(yù)防焊接變形的目的。

3.4 控制焊接溫度

在大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工中，要求焊接技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)焊接要求的了解，合理進(jìn)行對(duì)焊接溫度的有效把控。對(duì)于焊縫部位金屬焊接的工序，加強(qiáng)對(duì)焊接方法與溫度的掌握，焊接后做好降溫工作，規(guī)避焊接點(diǎn)周邊金屬受焊接余溫的不良影響。焊接技術(shù)人員加強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，根據(jù)焊接需求等實(shí)際情況，不斷優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的焊接工序，盡可能規(guī)避撓曲變形對(duì)整體焊接工程成效的不良影響。通過(guò)對(duì)焊接溫度影響因素的合理把控，可有效減少焊接應(yīng)力。在鋼結(jié)構(gòu)的焊接操作中不能主觀隨意，需加強(qiáng)對(duì)降低應(yīng)力與提高金屬的韌性和塑性及抗裂性等問(wèn)題的綜合分析，合理把控焊接材料與焊接溫度等影響因素。為了確保焊接材料與母材保持高度的一致性，會(huì)在焊接材料中添加硅或錳等元素。

3.5 控制殘余變形

大型鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中的不確定因素較多，同時(shí)，焊接施工質(zhì)量極易受到焊接工藝和施工環(huán)境及焊接溫度與鋼結(jié)構(gòu)材料等因素的影響，忽視對(duì)影響因素的把控，甚至?xí)偈菇Y(jié)構(gòu)焊接性能的弱化。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的焊接操作中，需從事前預(yù)防與事中控制的理念入手，采取多措并舉的方式，消除或減少焊接殘余變形問(wèn)題。在焊接中進(jìn)行加熱矯正操作，會(huì)產(chǎn)生與焊接應(yīng)用同向疊加的應(yīng)力，促使構(gòu)件的總應(yīng)力隨之增大。當(dāng)總應(yīng)力超出構(gòu)件應(yīng)力的承受能力范圍時(shí)，會(huì)引起鋼結(jié)構(gòu)變形等質(zhì)量問(wèn)題。要求技術(shù)人員在鋼結(jié)構(gòu)焊接中，加強(qiáng)對(duì)制作需求的了解，加強(qiáng)對(duì)施工工藝等方面的控制，有效控制鋼結(jié)構(gòu)的變形情況，確保鋼結(jié)構(gòu)的整體焊接質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

大型鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的質(zhì)量要求較高，焊接工藝與焊接材料及焊接技術(shù)等要素，都是影響焊接變形的關(guān)鍵。因此，要想確保焊接質(zhì)量與焊接性能，還需根據(jù)實(shí)際情況合理展開(kāi)焊接操作，采取有效的管理與控制措施，加強(qiáng)技術(shù)保障，以實(shí)現(xiàn)大型鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的穩(wěn)步提升。