鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的成因與控制研究

摘要：對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，焊接是不可缺少的，但是在焊接時(shí)會(huì)導(dǎo)致變形現(xiàn)象發(fā)生，焊接變形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具體的建造周期以及使用壽命都有著重要的意義。本文首先介紹了鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的分類和成因，然后對(duì)其控制措施進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接；變形；成因；控制

鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)地輕便，且具有良好的性能，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以及建筑施工中。鋼結(jié)構(gòu)在使用前，要對(duì)其進(jìn)行焊接處理。所以，焊接的質(zhì)量直接影響了鋼結(jié)構(gòu)性能。在具體的焊接過(guò)程中，因?yàn)槭艿礁鱾€(gè)因素的作用，經(jīng)常會(huì)有焊接變形現(xiàn)象發(fā)生，從而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成影響，因此，要采取措施，避免變形現(xiàn)象發(fā)生。

一、分類及成因

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，結(jié)合其變形的外觀，能夠?qū)⒆冃维F(xiàn)象分成這幾種：第一，角變形；第二，錯(cuò)邊變形；第三，撓曲變形；第四，波浪變形；第五，螺旋變形；第六，橫縱向變形。影響其變形的主要因素有焊接工藝以及焊接位置還有焊接方法等。在這些變形種類中，最為常見(jiàn)的是角變形以及縱橫向變形和撓曲變形。

1.關(guān)于角變形。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，鋼構(gòu)件受平面焊縫影響，導(dǎo)致角位移現(xiàn)象的發(fā)生，原因是鋼結(jié)構(gòu)中沿著板厚方向的相關(guān)焊接縫中出現(xiàn)收縮變形的現(xiàn)象，另外，如果焊接順序不對(duì)或者是操作人員沒(méi)有使用較好的焊接方法也會(huì)導(dǎo)致角變形現(xiàn)象的發(fā)生。

2.關(guān)于錯(cuò)邊變形。操作人員在對(duì)兩個(gè)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，因?yàn)閮烧咧g受到的具體熱力不一樣，會(huì)使兩個(gè)鋼結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)度和高度方面產(chǎn)生一定的差異，從而發(fā)生錯(cuò)位現(xiàn)象，也就是錯(cuò)邊變形。因?yàn)閮烧叩膭傂允遣煌?，所以其收縮變形也不同，從而導(dǎo)致錯(cuò)邊變形現(xiàn)象的發(fā)生。

3.關(guān)于撓曲變形。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接后，鄰近的焊接縫中有變形現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致相鄰焊縫之間沒(méi)有相同變形，使鋼結(jié)構(gòu)在外觀上有撓曲現(xiàn)象發(fā)生。鋼結(jié)構(gòu)具體的材料質(zhì)量與這一現(xiàn)象有著極大的關(guān)系。

4.關(guān)于波浪變形。若是需要進(jìn)行焊接的鋼結(jié)構(gòu)，其厚度比較小，是薄板結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過(guò)高溫后，就會(huì)發(fā)生膨脹現(xiàn)象，焊縫在被內(nèi)應(yīng)力拉扯后，就會(huì)有收縮變形現(xiàn)象發(fā)生，因?yàn)檫@種變形呈現(xiàn)出的形狀是波浪形，所以叫做波浪變形。

5.關(guān)于螺旋變形。在焊接完成之后，鋼構(gòu)件發(fā)生了扭曲變形現(xiàn)象，也就是螺旋變形，這一現(xiàn)象發(fā)生的原因是焊縫角沒(méi)有均勻分布，在縱向位置上有錯(cuò)邊現(xiàn)象發(fā)生從而導(dǎo)致的。

6.關(guān)于橫縱向變形。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接以后，若是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生的收縮變形正好在焊接縫的相關(guān)軸向位置中，就是縱向變形。如果收縮變形發(fā)生在焊接縫垂直方向上，就是橫向變形。這一變形現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)焊縫受溫度影響，產(chǎn)生程度不一樣的膨脹，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)中有橫縱向變形現(xiàn)象發(fā)生。

二、控制措施

1.做好設(shè)計(jì)工作。第一，要對(duì)焊縫尺寸以及排布進(jìn)行合理選擇，因?yàn)楹缚p的尺寸對(duì)焊接工作量以及變形大小有著直接的關(guān)系。如果焊縫尺寸比較大，那么不僅焊接量比較大，其變形也會(huì)比較大。所以，在確保結(jié)構(gòu)承載力的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)時(shí)要使用最短的尺寸。第二，對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造做好設(shè)計(jì)。首先，對(duì)焊縫的數(shù)量以及面積進(jìn)行控制。在焊接時(shí)，輸入熱量越多，其焊接變形的發(fā)生幾率就會(huì)越大，所以，為了對(duì)焊接變形進(jìn)行有效控制，在對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)是，就要盡量使焊縫面積以及焊縫的數(shù)量減少，這項(xiàng)工作在設(shè)計(jì)中非常重要，一定要加以重視。其次，要對(duì)焊縫破口的具體形狀以及尺寸進(jìn)行合理選擇，要想保證鋼結(jié)構(gòu)在整體上有較好的承載力，就要結(jié)合焊接的具體工藝，將焊縫破口的具體形狀和大小進(jìn)行合理選擇，從而使截面積對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)具體變形量的影響得到降低。再次，要將焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)置在構(gòu)件界面具體的對(duì)稱位置。結(jié)構(gòu)中性軸具體的焊接節(jié)點(diǎn)要位于構(gòu)件截面中性軸的位置，或者是和中性軸保持接近，防止在應(yīng)力比較高的區(qū)域進(jìn)行焊接。最后，要選擇剛性比較小的相關(guān)節(jié)點(diǎn)形式。在對(duì)節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行選擇時(shí)，不能在雙向以及三向交叉的位置選擇節(jié)點(diǎn)，這樣做的目的是防止出現(xiàn)因?yàn)楹缚p太集中從而引起高溫與焊縫應(yīng)力集中導(dǎo)致的變形現(xiàn)象。

2.嚴(yán)格控制焊接溫度。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)產(chǎn)生的變形現(xiàn)象，主要還是因?yàn)闇囟鹊脑?。所以，工作人員在焊接時(shí)，要做好對(duì)溫度的有效控制，盡量減少因?yàn)闇囟鹊脑蛟斐傻暮附幼冃维F(xiàn)象。比如，如果要對(duì)其中一個(gè)構(gòu)件焊接，就要避免對(duì)附近其他鋼結(jié)構(gòu)造成影響，在焊接工作完成之后，還要對(duì)焊接的鋼結(jié)構(gòu)及時(shí)做好降溫處理，從而使溫度帶來(lái)的影響得到控制。

3.利用反變形法。在完成焊接工作之后，因?yàn)槭艿綗崦浝淇s的作用，會(huì)導(dǎo)致焊縫在冷卻時(shí)發(fā)生了收縮現(xiàn)象，從無(wú)形之中使焊接尺寸減少。因此，在對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到這種方法。反變形法，指的是在拼裝的過(guò)程中，結(jié)合焊接工藝試驗(yàn)以及焊接經(jīng)驗(yàn)，使構(gòu)件能夠向著與變形方向相反的方向進(jìn)行預(yù)先變形，預(yù)先變形的大小和變形量大小相同，從而對(duì)焊接變形進(jìn)行控制。在使用這一方法時(shí)，要預(yù)先做好試驗(yàn)，結(jié)合焊縫的具體設(shè)計(jì)要求，對(duì)焊接規(guī)范進(jìn)行調(diào)整，利用材質(zhì)與規(guī)格都一樣的鋼板，事前先做試件進(jìn)行焊接，保證焊縫的形式以及焊角的高度都和設(shè)計(jì)要求相符，等焊接結(jié)束并冷卻達(dá)到環(huán)境溫度之后，要對(duì)翼板具體的變形量進(jìn)行測(cè)量，把具體的數(shù)值當(dāng)做反變形的相關(guān)參數(shù)。在翼板中心線的位置使用壓力機(jī)將變形量的數(shù)壓出，讓翼板兩端能夠預(yù)先呈現(xiàn)出上翹的狀態(tài)，將焊接變形量抵消掉，使其在焊接之后能夠保持持平。

4.將裝配工作做好，同時(shí)還要選擇合適的焊接順序。若是對(duì)小型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，就要從裝配以及定位焊進(jìn)行固定，并選擇合理的焊接順序。如果對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，首先要對(duì)小組件進(jìn)行焊接，完成之后再對(duì)總體進(jìn)行裝配與焊接。在對(duì)部件進(jìn)行裝配時(shí)，要保證型號(hào)不同的各種零配件都能和構(gòu)件規(guī)定的相關(guān)規(guī)格與形狀要求相符，從而避免在裝配的過(guò)程中發(fā)生變形以及應(yīng)力太大的現(xiàn)象。另外，在裝備時(shí)，不能使用太大的外力強(qiáng)行進(jìn)行組拼，避免構(gòu)件在焊接之后因?yàn)槭艿降募s束力與應(yīng)力太大，從而導(dǎo)致變形。與此同時(shí)，在裝配以及焊接時(shí)，還要保證焊接接頭能夠均勻受熱，保證焊縫能夠與間隙對(duì)接，并保證坡口角度與搭接長(zhǎng)度正確，確保和構(gòu)件的設(shè)計(jì)以及焊接的規(guī)定保持一致。

5.對(duì)焊接工藝進(jìn)行完善。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際情況選擇合適的焊接電流方向以及速度與順序，盡量減少焊接變形現(xiàn)象的發(fā)生。另外，在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，要堅(jiān)持首先焊短然后焊長(zhǎng)，首先焊立然后焊平，首先焊對(duì)接縫然后焊搭接縫，從中間向兩邊，從內(nèi)向外進(jìn)行焊接的相關(guān)原則。對(duì)太過(guò)集中的相關(guān)焊縫，要使用跳焊法，如果焊縫比較長(zhǎng)，還要選擇對(duì)稱焊以及分段退步焊兩者結(jié)合的相關(guān)焊接方法。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，導(dǎo)致其發(fā)生變形現(xiàn)象的原因很多，變形現(xiàn)象會(huì)對(duì)工程建設(shè)造成極大的影響。因此，在具體的工作中，應(yīng)該對(duì)焊接變形的分類以及成因進(jìn)行明確，分析之后結(jié)合實(shí)際情況，采用有效的控制策略，使鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及工程建設(shè)效益得到提升。本文主要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的具體種類以及成因進(jìn)行了分析，并將防止變形現(xiàn)象的控制策略提出，希望人們能夠?qū)Υ藛?wèn)題加以重視，并在實(shí)際工作中發(fā)揮有效作用。

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