探究鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的成因與控制措施

摘 要:由于鋼結(jié)構(gòu)具有高強度和良好塑性的優(yōu)點，被廣泛運用于建筑工程當中，然而鋼結(jié)構(gòu)由于截面和厚度較小，在焊接的時候會產(chǎn)生變形累加問題，再加上材料和其他工藝手段原因，焊接不當直接導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)框架的變形。本文將在分析鋼結(jié)構(gòu)焊接變形原因的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的控制措施，以便解決鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的問題。

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu) 焊接變形 控制措施

中圖分類號:TG1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0088-01

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的成因分析

鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過程中，由于局部受熱和受冷不均勻，再加上外力對剛性拘束的作用，致使焊接區(qū)域產(chǎn)生不均勻的縱向和橫向收縮現(xiàn)象，筆者根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)焊接的實際工作經(jīng)驗，對變形的原因進行了如下分析:①鋼結(jié)構(gòu)的剛度表現(xiàn)為抗拉、抗伸、彎曲等能力，這些能力主要受到截面和尺寸大小的影響，譬如桁架的橫截面和弦桿截面的面積不符合規(guī)范，在焊接時候會產(chǎn)生縱向變形，再如丁字形等形狀截面會由于抗彎剛度不足而在焊接時彎曲變形。②某些鋼結(jié)構(gòu)的加工件由于剛度過小，在焊接之后加工件的焊縫布置不均勻，出現(xiàn)嚴重收縮現(xiàn)象，焊縫較多部位變形程度較大，焊縫較少的部位反之。一般情況下，焊縫在鋼結(jié)構(gòu)中是呈對稱的狀態(tài)布置，因此焊接的程序必須合理，根據(jù)對稱要求減少線性縮短，然而往往由于布置的焊縫不對稱，而產(chǎn)生彎曲變形，或者當焊縫的界面重心偏向于接頭截面，則會出現(xiàn)角變形情況。③除了鋼結(jié)構(gòu)本身的問題，焊接工藝對焊接變形的產(chǎn)生也存在很大的關(guān)系，焊接的電流控制不到位，致使直徑較粗的焊條在慢速度焊接的時候受熱不均，而產(chǎn)生焊接變形;采用自動焊接的方式焊接比較厚的鋼板，比起手工焊接的模式，前者效率較高，但產(chǎn)生變形的幾率比后者高得很多;多層的鋼板焊接，每一層焊接縫的收縮量都不一樣，一般情況下，首層收縮量最大，第二層的收縮量約為首層的的五分之一，第三層的收縮量約為首層的十分之一，而且層數(shù)越多，所產(chǎn)生的的焊接變形就越大;另外焊接的順序也是焊接變形的成因之一，如果焊接的順序不恰當，也會產(chǎn)生焊接變形。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制措施

2.1 焊接變形的預(yù)防控制措施

焊接變形的預(yù)防控制措施分為五個步驟進行:①受彎構(gòu)件在放樣的時候，要進行起拱處理，以便在施焊之后補償焊縫的收縮現(xiàn)象，在下料的時候要依靠工藝試驗確定收縮的余量，小于24m的彎構(gòu)件長度放出收縮量為5mm，大于24m的彎構(gòu)件長度放出收縮量為8mm。②在自重壓力下，為提高鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定程度，在拼裝平臺的時候，要具備平直的水平標準。如果結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，可采取一次性安裝和固定的方式，根據(jù)焊接順序一次性完成。筆者建議焊接要在整體裝配之后進行，用角焊接的方法平衡變形，如果構(gòu)件在拼裝過程中的應(yīng)力和變形過大，則需要使用型號不同的零件，以防止焊接構(gòu)件之后產(chǎn)生的拘束應(yīng)力過大而出現(xiàn)變形。③焊接施工時，要控制好焊接的電流、速度和順序等工藝手段，譬如焊接構(gòu)件要遵循先短后長的原則。④為了控制焊接的變形，在拼裝的時候，可向變形相反方向的進行適當調(diào)整，以預(yù)防變形。但采用反變形的方法，必須事先根據(jù)焊縫的設(shè)計要求，進行調(diào)整試驗，筆者建議采用材料質(zhì)地和規(guī)格大小相仿的鋼板進行焊接試驗，以測定好變形量，作為反變形法的參數(shù)。⑤焊接固定的方法要以增強剛性為主，可以在重疊部位設(shè)置固定構(gòu)件，然后進行焊接，這樣一來，無論是焊接加熱，還是冷卻，都能夠有效防止收縮變形，但剛性固定法一般只能應(yīng)用于低碳或者低合金的結(jié)構(gòu)鋼。

2.2 鋼板焊接的控制流程

鋼板結(jié)構(gòu)的焊接受到環(huán)境因素的約束，為了使得焊接的部位保持適當?shù)臏囟?，尤其是在低溫條件下的焊接作業(yè)，要采取嚴格的工藝手段，控制焊接的流程:

首先是做好焊接的準備工作:①焊接之前，防止風(fēng)、雨、雪等因素對焊接后冷卻的影響，譬如快速冷卻產(chǎn)生層狀裂縫，做好溫度變化的焊接作業(yè)準備工作。②對坡口等進行焊前全面檢查，清理坡口的銹蝕和污物等，為焊接提供較為干凈的環(huán)境。③如果焊接的環(huán)境溫度較低，要進行預(yù)熱，利用溫度儀監(jiān)控加熱的溫度，保證焊接的受熱均勻。

其次是控制焊接的順序和工藝流程:①焊接順序的合理安排:由內(nèi)部向外部焊接;由上部往下部焊接，先焊接單獨體，再焊接整體。焊接的作業(yè)順序要嚴格遵守，不可以隨意更改。②焊接過程中，每個節(jié)點的焊接，其焊道的質(zhì)量要控制好，一旦發(fā)現(xiàn)變形，要進行及時處理。③焊縫的缺陷處理，是要通過檢測確定的，焊縫的缺陷返修同樣進行嚴格的預(yù)熱、后溫和保溫處理，工藝流程與焊接工藝流程一樣。

再次，焊接的應(yīng)力集中是變形的誘因，因此焊接的時候要采取必要的措施減小應(yīng)力集中:①為了在焊縫區(qū)有效引出收弧線，焊工在正式焊縫前，要做出時間延長的適當調(diào)整，以便在焊接作業(yè)后精準切除，這樣一來，焊縫之外的一些導(dǎo)致接頭裂紋的缺陷就可以避免。②焊接結(jié)構(gòu)的接頭散失溫度時間的延緩，可以通過先焊接收縮量比較大的部位，并利用襯板、引入板、引出板。③鋼結(jié)構(gòu)的上翼和下翼與腹板交叉位置的融合，是需要講究上翼板和下翼板的焊接順序的，上翼板要先進行焊接，在焊厚占鋼板厚度的一半之后，再進行下翼板焊接，鑒于下翼板焊接的難度較高，需要有兩名焊接工人交叉配合焊接，在下翼板的焊接作業(yè)全部完成后，再完成上翼板剩余的部分。

最后是焊接后的處理措施。鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后，要用各種檢查工具對焊接情況進行檢查，譬如利用放大鏡檢查焊接的表面是否存在氣孔、夾渣等可能致使裂紋的問題。一方面，要做好保溫措施，在鋼結(jié)構(gòu)焊接檢查之后，對焊縫進行后溫處理，后溫處理可使用功率比較大的烤槍沿著焊縫中間部位兩側(cè)進行均勻加熱，溫度控制250℃，范圍控制在中間部位兩端的150mm之內(nèi)，時間控制在20min左右。后溫處理過程中，要用石棉布扎進處理部位，再密閉焊接防護棚，尤其是溫度較低的氣候條件下，就能有效避免驟然冷卻而變形的問題，在整體恢復(fù)常溫之后再撤去防護棚。整個后溫和保溫流程要利用測溫儀進行輔助控制。另一方面是對焊接節(jié)點超深比例20%的無損檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)焊縫的缺陷。尤其是比較重要的承力節(jié)點，需進行時間一個月左右跟蹤復(fù)測，防止鋼板的撕裂變形。

2.3 矯正焊接變形的方法措施

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲和扭曲變形，主要是因為構(gòu)件在規(guī)范設(shè)計要求之外，因此要進行焊接矯正，鑒于各種鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的差異性，筆者將對三種比較重要的矯正方法進行系統(tǒng)介紹:①采用壓力機、撐直機和各種小型號的機械施展機械力糾正焊接變形，譬如將壓力機置于變形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的兩邊，作為支撐點，對準構(gòu)件凸出位置進行慢壓，以矯正焊接的變形。②焊接完成后，發(fā)現(xiàn)焊接的變形，可用高溫火焰反其道矯正，其原理是對鋼結(jié)構(gòu)焊接變形部位輸入熱量，在變形部位加熱到塑性狀態(tài)之后，產(chǎn)生收縮差，變形部位就會往相反方向再次發(fā)生變形。③鑒于鋼結(jié)構(gòu)的差異性，如果以上兩種方法都不足以滿足矯正焊接變形的要求，則可以綜合利用兩種方法。

3 結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)的焊接容易產(chǎn)生變形的問題，這些問題直接影響鋼結(jié)構(gòu)后期使用的有效性和安全性，為了解決鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的問題，我們要在分析變形成因的基礎(chǔ)上，針對問題制定適當?shù)淖冃慰刂拼胧?，筆者認為一是要做好焊接前的準備工作，防止后期焊接施工的變形，二是控制好焊接施工的流程，提高焊接施工的有效性，四是進行焊接過程中變形部位的及時矯正。這樣一來，就能夠有效控制鋼結(jié)構(gòu)焊接變形情況的發(fā)生，提高焊接的質(zhì)量。

參考文獻

[1]濯俊峰.淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的成因與控制策略[J].科技創(chuàng)新，2012(1):230.

[2]胡松.建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工過程的質(zhì)量控制[J].中國西部科技，2011(21):42-47.