淺析鋼結(jié)構(gòu)焊接變形及其控制方法

盧進(jìn)起 ，常德志 ，曲鋒軍

（北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050011）

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因

為了達(dá)到合理控制焊接變形的目的，近些年來，施工和技術(shù)人員對焊機(jī)變形的影響因素進(jìn)行了比較深入的調(diào)查。研究發(fā)現(xiàn)影響鋼結(jié)構(gòu)焊機(jī)變形的因素不但數(shù)量多，而且有時(shí)會有交叉影響。具體的影響因素有以下幾個(gè)方面：

第一，融合線以內(nèi)的鋼材焊縫截面積的大小可能會影響焊接變形的嚴(yán)重程度，焊接截面積的大小與焊接變形的嚴(yán)重程度成正比。

第二，焊接時(shí)進(jìn)行的熱輸入量越大，會使受熱的區(qū)域隨之?dāng)U大，這樣將會導(dǎo)致焊接處的體積和角度產(chǎn)生變化。

第三，部件在焊接之前需要進(jìn)行預(yù)熱，但是如果預(yù)熱的溫度過高，甚至達(dá)到焊接溫度的話，同樣會導(dǎo)致熱輸入量的過量，導(dǎo)致焊接位置產(chǎn)生形變。

第四，不同的焊接方法可能導(dǎo)致不同的形變程度。在鋼結(jié)構(gòu)焊接經(jīng)常使用的幾種電焊方法中，導(dǎo)致焊接形變嚴(yán)重程度由大到小可以排列為：埋弧焊接法、手工電弧焊接法、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接法。

第五，焊接的手法以及鋼材料對焊接變形也會產(chǎn)生一定影響。由于焊接中測量偏差導(dǎo)致焊接位置不對稱，或是焊接時(shí)力度把握不穩(wěn)，可能導(dǎo)致不同程度的形變。其次，鋼材的自身性質(zhì)也是重要的影響因素，鋼材料的形狀、截面形狀、截面大小等因素決定了鋼材剛性的好壞，剛性好的鋼材不容易產(chǎn)生形變。

第六，部件的裝配和焊接順序也影響鋼結(jié)構(gòu)的變形程度。使鋼結(jié)構(gòu)形變最小的焊接和裝配最佳順序?yàn)椋合妊b配后焊接，先整體裝配后局部裝配。

第七，使用的焊接材料的膨脹系數(shù)不同也會產(chǎn)生不同的焊接效果，因?yàn)楹附硬牧洗鏌崦浝淇s現(xiàn)象，高溫受熱焊接之后再降溫的話，體積就會有所變化，所以膨脹系數(shù)越大的焊接材料產(chǎn)生的形變也就越明顯。

以上幾種焊接過程中的影響因素只是單一方面的因素，在不同條件和不同情況下，不同的影響因素還可能會交叉影響焊接產(chǎn)生的形變。但是為了更好的控制這些因素綜合影響，必須采取一些控制措施來避免每一種單一因素的發(fā)生。只有這樣才能從整體上提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體質(zhì)量和精度。

2 對于控制鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的幾點(diǎn)思考

2.1 從設(shè)計(jì)上控制鋼結(jié)構(gòu)焊接的形變變形

鋼結(jié)構(gòu)建筑是一種以設(shè)計(jì)為亮點(diǎn)的建筑，華麗的設(shè)計(jì)不僅僅能夠使鋼結(jié)構(gòu)變得壯觀和美麗，科學(xué)合理的對對鋼結(jié)構(gòu)的體系進(jìn)行設(shè)計(jì)還能夠從基本上對鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)生形變的事實(shí)起到控制作用。

第一，最大可能的減少焊接點(diǎn)的數(shù)量，盡量將焊點(diǎn)的尺寸降低。道理不難理解，過多的焊點(diǎn)就需要進(jìn)行對鋼材進(jìn)行多次加熱，焊接尺寸過大的話，加熱時(shí)間也就越長，必然會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)生的變形更嚴(yán)重。

第二，對于鋼結(jié)構(gòu)建筑中受力比較大的位置，比如建筑的大梁和承重柱，對其焊接時(shí)的設(shè)計(jì)需要特別重視焊點(diǎn)的對稱問題，盡量將焊點(diǎn)與鋼材截面的中軸設(shè)計(jì)的比較接近，防止重要部分的變形非常重要。

第三，針對鋼材焊接時(shí)的截面的尺寸和形狀合理的選擇焊接材料和焊接方法，這樣可以最大程度的減少焊接面積和鋼材的受熱時(shí)間，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體承載能力。

第四，設(shè)計(jì)焊點(diǎn)時(shí)盡量將焊點(diǎn)分散，且遠(yuǎn)離部件的交叉點(diǎn)。如果過多的焊點(diǎn)集中在雙向或是三向交叉點(diǎn)的話，必然會導(dǎo)致該點(diǎn)變形相對嚴(yán)重、剛性大幅度下降，分散焊點(diǎn)還可以將鋼材的受熱區(qū)域分散開來，從而避免鋼材由于來不及散熱就進(jìn)行二次加熱導(dǎo)致的形變。

第五，鋼結(jié)構(gòu)建筑中受力比較大的位置應(yīng)該盡量避免進(jìn)行焊接，及時(shí)焊接沒產(chǎn)生變形，出現(xiàn)焊點(diǎn)的鋼材的應(yīng)力能力也大打折扣。為了保證施工質(zhì)量，應(yīng)減少應(yīng)力點(diǎn)的焊接。

第六，最后就是要盡量減少難度比較高的焊點(diǎn)，因?yàn)楦唠y度焊點(diǎn)本來就不好操作，如果焊工的技術(shù)達(dá)不到要求，或是馬虎操作的話，很可能導(dǎo)致焊點(diǎn)的質(zhì)量也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。如果這種高難度焊接點(diǎn)的設(shè)立不可避免，則盡量選擇技術(shù)更高的焊工操作。

2.2 在操作過程中控制鋼結(jié)構(gòu)焊接形變

除了在設(shè)計(jì)時(shí)注意鋼結(jié)構(gòu)的焊接問題，更重要的就是在整個(gè)施工過程中要不斷提高焊接的技術(shù)和工藝將每一個(gè)焊點(diǎn)處理的更精細(xì)。

第一，如果焊點(diǎn)中有對稱存在的，必須使用對稱式的焊接手段。因?yàn)樵谕粔K鋼材上，首先進(jìn)行焊接的位置更容易產(chǎn)生形變，所以如果依次進(jìn)行焊接的話鋼材的形變會難以控制，而對稱焊法則可以避免這一現(xiàn)象。

第二，如果焊點(diǎn)是不對稱的，排列比較雜亂，則從兩端開始焊接，先焊一段，然后再焊接離上一個(gè)焊點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置，以避免鋼材的重復(fù)受熱產(chǎn)生形變。

第三，如果可以預(yù)計(jì)到焊接處的變形角度和方向，在焊接前或是焊接后可以進(jìn)行反向的加熱來進(jìn)行平衡。

第四，鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中盡量從縱向進(jìn)行焊接，如果需要橫向進(jìn)行的話，盡量添加強(qiáng)肋進(jìn)行固定，防止焊接過程中出現(xiàn)變形。

第五，如果T形接頭板厚度過大的話，則可以利用開坡口角進(jìn)行處理。

第六，如果焊接之前可以預(yù)測到部件可能會出現(xiàn)體積收縮，最好的處理方法就是在焊接前構(gòu)件進(jìn)行一段長度的預(yù)留，這樣可以從一定程度上補(bǔ)償材料體積或長度上的不足。

3 意義總結(jié)

通過本文的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中有受到很多內(nèi)部或是外部的影響導(dǎo)致鋼材和部件出現(xiàn)不可控制的形變。但是鋼結(jié)構(gòu)焊接形變的事實(shí)并非難以處理，只要從設(shè)計(jì)上盡量注意放置焊點(diǎn)的位置和接口的處理，在施工中提高焊接工藝和技巧，我們就可以最大程度上對這種現(xiàn)象進(jìn)行有效地控制。

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