淺析鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的成因與控制策略

高傳孝，李靈芝

（1.中煤第五建設(shè)有限公司現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)廠，江蘇 徐州 221140；2.中煤第五建設(shè)有限公司第五工程處，江蘇 徐州 221000）

前言

通過高溫進(jìn)行加熱是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接的一個(gè)基本操作。這個(gè)過程要達(dá)到的最高溫度便是焊縫處的金屬的熔點(diǎn)溫度，而室溫則是焊接最終要降回的一個(gè)溫度，整個(gè)降溫的過程便是鋼結(jié)構(gòu)焊接逐漸完成的過程。與所有的事物一樣，金屬也會(huì)熱脹冷縮，焊縫處的金屬達(dá)到熔點(diǎn)溫度，則極度膨脹。此時(shí)在焊縫附近的金屬溫度仍然較低，便會(huì)與焊縫處的金屬產(chǎn)生融合，這種融合使焊縫處的金屬的膨脹進(jìn)行的不夠徹底，就會(huì)產(chǎn)生一種形式的焊接變形，叫做塑性變形。鋼結(jié)構(gòu)焊接變形就是一個(gè)個(gè)塑性變形結(jié)合的結(jié)果。鑒于鋼結(jié)構(gòu)在質(zhì)量、施工方面的各種優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用隨處可見。然而鋼結(jié)構(gòu)焊接變形卻又使鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用無法盡善盡美。以下便是筆者分析了鋼結(jié)構(gòu)的變形種類及形成原因以及如何有效地控制鋼結(jié)構(gòu)變形。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的幾種類型

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的形成原因不同，結(jié)果也就不同。鋼結(jié)構(gòu)焊接變形可分為以下幾種，筆者簡(jiǎn)單闡述。

1.1 由降溫收縮引起的縱橫變形

這種焊接變形是指當(dāng)溫度降低金屬收縮時(shí)，以焊縫為坐標(biāo)原點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)在它的縱橫軸上產(chǎn)生的變形。

1.2 降溫時(shí)因收縮量不同引起的角度變形

鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在焊縫處由于金屬的收縮量不同產(chǎn)生了一定角度的位移，產(chǎn)生角度變形。

1.3 扭曲后形成的螺旋狀的變形

焊縫角因?yàn)樵阡摻Y(jié)構(gòu)縱橫面上不能均勻分布，產(chǎn)生一定程度的變形，形成焊接變形。

1.4 錯(cuò)邊變形

當(dāng)施工人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加熱不均勻時(shí)，構(gòu)件收縮程度就會(huì)不相同，從而使焊縫處的構(gòu)件在長(zhǎng)度和寬度方面也就不能完全相同，形成錯(cuò)邊變形。

1.5 撓曲變形

兩個(gè)焊縫處不能產(chǎn)生相同的焊接變形結(jié)果，就會(huì)給人感官上的扭曲感覺，即形成撓曲變形。

1.6 波浪式的變形

焊縫處有自己的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力可以在焊接處產(chǎn)生一種波浪式的外在表現(xiàn)形式，即波浪式的變形。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形產(chǎn)生的原因

引起鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因多種多樣，本文總結(jié)了以下幾種進(jìn)行闡述。

2.1 溫度控制不當(dāng)

溫度是引起鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的一個(gè)重要因素。當(dāng)溫度達(dá)到金屬熔點(diǎn)甚至高于金屬熔點(diǎn)時(shí)，不一樣的金屬就會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹。此時(shí)，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)看起來就會(huì)有一種不協(xié)調(diào)的感覺，即產(chǎn)生了變形。同時(shí)，一種金屬達(dá)到熔點(diǎn)膨脹之后，這種金屬本身也具有了一定的高溫，會(huì)使周圍的金屬產(chǎn)生不同程度的膨脹，造成焊接變形。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的焊接順序和方法不當(dāng)

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的不同部位進(jìn)行不同順序的焊接，可能會(huì)引起鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)焊縫處的承載力不同，當(dāng)優(yōu)先焊接承載力較小的鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，較大的重量可能會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭曲，形成鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的材料

每一種材料都有自己的熔點(diǎn)。相同溫度下，不同的材料會(huì)有不同的膨脹程度。膨脹程度過大或者過小，都會(huì)引起鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，從而影響鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)的焊縫位置

在鋼結(jié)構(gòu)中有一個(gè)總焊縫，將總焊縫安排的位置不同，鋼結(jié)構(gòu)焊接的變形程度就不相同。在焊接過程中，鋼結(jié)構(gòu)的重力對(duì)不同承載力的金屬產(chǎn)生相同的壓力效果。合理地選擇總焊縫的位置，將能有效的控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形。

2.5 剛性不同，變形程度不同

相同承載力下，剛性大的鋼結(jié)構(gòu)變形程度較小，剛性小的鋼結(jié)構(gòu)變形程度則相對(duì)較大。所以，鋼結(jié)構(gòu)的剛性也是影響其變形程度的重要因素。施工人員應(yīng)選擇較大剛性的鋼結(jié)構(gòu)承載較大的重力，選擇較小剛性的鋼結(jié)構(gòu)承載相對(duì)較小的重力，從而盡量避免鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的產(chǎn)生。

3 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制策略

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的類型不同，其形成原因也不同。從以上幾種因素我們可以看出，影響鋼結(jié)構(gòu)變形的因素包括溫度、重力、鋼結(jié)構(gòu)的材料、鋼結(jié)構(gòu)的承載力等。鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形有一部分可以在焊接過程中有效的減少甚至避免，有一部分也可以在施工過程中加以控制。我們可以根據(jù)不同的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形結(jié)果提供不同的控制策略，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

3.1 合理控制焊接溫度

鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形有一部分是因?yàn)闇囟鹊目刂撇划?dāng)引起的。在焊接過程中，控制好焊接溫度能夠有效地減少甚至避免焊接變形的產(chǎn)生。例如在對(duì)一個(gè)焊縫處的金屬進(jìn)行焊接時(shí)，要盡量避免影響周圍的金屬。焊接完成之后要進(jìn)行迅速地降溫，以免金屬的余溫對(duì)周圍的金屬產(chǎn)生影響。

3.2 安排好鋼結(jié)構(gòu)的焊接順序

焊接順序安排不當(dāng)也是使鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)生變形的重要因素之一。例如，施工人員要消除撓曲變形，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行上下焊接或者對(duì)角焊接。

3.3 根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的用途選擇合適的材料

鋼結(jié)構(gòu)的用途不同，其所承載的重力也就不相同。施工人員應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的用途選擇合適的材料，同時(shí)，也應(yīng)該根據(jù)焊縫的位置選擇不同熔點(diǎn)的金屬，從而控制鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中由于承載力和熔點(diǎn)的不同產(chǎn)生的變形。

3.4 焊縫位置要選擇合理

相同承載力時(shí)，焊縫位置不同，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的程度也就不同。施工人員要想盡量使鋼結(jié)構(gòu)的金屬收縮量減少，減少梁和柱一系列構(gòu)件的變形，就必須選擇合適的焊縫位置來對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接。施工人員可以選擇中性軸的對(duì)稱位置或其截面位置作為焊縫的位置。

3.5 鋼結(jié)構(gòu)焊接要選擇合適的方法

焊接方法不同，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的程度也就不相同。焊接時(shí)線能量的高低在一定程度上決定焊接變形程度的大小。線能量高，則鋼結(jié)構(gòu)變形程度大，線能量低，則鋼結(jié)構(gòu)變形程度就小。例如埋弧焊可以有效地降低鋼翼板焊接時(shí)的變形程度。另外，對(duì)腹板進(jìn)行焊接時(shí)，施工人員也可以適當(dāng)?shù)剡x擇埋弧焊。再比如，手弧焊可以應(yīng)用在蓋面焊接上。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)焊接的截面積不相同時(shí)，施工人員選擇的焊接方法也要做相應(yīng)的改變，以降低焊接變形的程度。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形在施工過程中進(jìn)行合理控制

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不相同或者焊縫的形式不相同時(shí)，施工人員應(yīng)該選擇合適的方法控制焊接變形的產(chǎn)生。例如，可以選擇合適的工藝進(jìn)行焊接。施工人員對(duì)焊縫處的金屬進(jìn)行焊接時(shí)，可以對(duì)焊縫用對(duì)稱的方式進(jìn)行焊接。一般產(chǎn)生變形的焊縫都是較早進(jìn)行焊接的焊縫，所以對(duì)稱的方式能有效減少鋼結(jié)構(gòu)焊接變形程度。由此可見，施工人員可以對(duì)焊縫進(jìn)行均勻的布置，使每一個(gè)焊縫都能擁有其對(duì)稱的另一個(gè)焊縫。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在生活各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，尤其是建筑行業(yè)。而建筑業(yè)又與人民的生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，施工人員稍有不慎，便可能造成嚴(yán)重的后果。因此，鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量在一定程度上體現(xiàn)了建筑工程的質(zhì)量。隨著社會(huì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)也在不斷地提高，然而鋼結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)榄h(huán)境、氣溫、濕度等因素的影響而產(chǎn)不可避免地產(chǎn)生變形。慶幸的是，施工人員可以在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程以及施工過程中采取有效的措施來減少焊接變形的產(chǎn)生。提高鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，任重而道遠(yuǎn)，筆者相信科技社會(huì)的發(fā)展一定會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形程度降到最低。

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