橋梁鋼結構焊接變形控制與矯正方法研究

肖俊

【摘要】本文根據(jù)歷年制造橋梁鋼結構經(jīng)驗，結合國內(nèi)外相關建造鋼橋資料以及公司實際制作鋼橋的案例，簡述橋梁鋼結構焊接變形的類型及原因，并探討了焊接變形的控制與矯正方法。

【關鍵詞】橋梁工程;鋼結構;焊接;變形;矯正

引言：現(xiàn)如今鋼結構廣泛應用于高層建筑、火車站雨棚以及橋梁等的建設中，鋼結構以其強度高，建造速度快、外觀造型新穎的優(yōu)勢，應用范圍很廣。鋼結構主要是鋼板、H型鋼柱及鋼管，通過焊接連接。由于焊接過程是通過高溫熔化焊條或其他焊接物進行連接的，要產(chǎn)生很高的溫度，而鋼材在溫度的影響下變化很大，會產(chǎn)生變形，如對焊接產(chǎn)生的變形不采取措施將會在安裝時產(chǎn)生偏差，影響工作效率，同時還會對鋼結構整體的結構產(chǎn)生極大的影響，令鋼結構的內(nèi)部結構發(fā)生一定的變化，影響整體結構的穩(wěn)定性和可靠性。

1、鋼結構焊接變形的類型及其原因

1.1?縱橫向收縮變形

在焊接鋼結構之后，如果在軸向的方向出現(xiàn)了收縮變形，就視為縱向變形，在焊縫的垂直方向出現(xiàn)了收縮變形，就視為橫向變形。其中，橫向變形主要是因為焊縫肉熔點之處受熱膨脹，并且與周圍低溫的金屬產(chǎn)生了沖擊而形成的。

1.2?波浪變形

在焊接薄板鋼結構的時候，由于焊縫內(nèi)在應力的存在，從而產(chǎn)生了波浪形收縮變形，視為波浪變形。

1.3?角變形

焊接之后的構建平面圍繞著焊縫所產(chǎn)生的角位移就是角變形。其形成的原因是因為沿著板厚的方向出現(xiàn)了焊縫的收縮變形量的不同從而造成的。

1.4?錯邊變形

在焊接兩件鋼結構時，如果兩側的鋼結構出現(xiàn)不均勻受熱，從而使得焊件在高度與長度之上出現(xiàn)了錯位，就視為錯邊變形。

2、鋼結構焊接變形在設計中的控制

對于鋼結構而言，結構設計的科學與合理，才能夠做到最基本的鋼結構焊接變形控制。所以，在設計期間，需要掌握不同焊接變形的主要起因以及相對應的特點，從而設計出符合鋼結構施工的焊接方式。

2.1?在鋼結構的焊接方式選擇上，應該考慮到焊縫破口的尺寸與形狀，只有在鋼結構擁有足夠的承載力的同時，合理地選擇破口形狀與尺寸，才能夠減少焊縫截面面積，從而將鋼結構的焊接變形做到最大化控制。

2.2?盡量控制焊縫的數(shù)量以及其尺寸，如果鋼結構焊縫數(shù)量較多，并且尺寸較大，對于鋼結構輸入的熱量也會變大，就容易引起較大的鋼結構焊接變形。因此，在進行鋼結構的節(jié)點構造的設計當中，就需要對焊縫的數(shù)量以及尺寸做好最大限度地控制。

2.3?為了鋼結構焊接操作更加方面，應該避免焊縫的焊接位置處于仰面，這樣也可以保持焊接質量不受影響。如果無法避免仰面焊接的情況，就需要對鋼結構全方位的焊接技能有一個詳細的了解，才能夠避免焊接變形的出現(xiàn)。

3、鋼結構焊接變形在施工中的控制

3.1?組裝和焊接順序

鋼結構的組裝應該在一個精準的工裝胎具上進行。該平臺應確保足夠的剛度，不會出現(xiàn)鋼構件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象，以滿足構件組裝的基本要求。組裝塊、小型構件焊接時可一次完成，即固定好位置后，用合適的焊接順序完成施焊。而大型鋼結構組裝與焊接需要先將各組裝單元塊各自焊接完畢，然后再進行最后的組裝和焊接。

3.2?反變形法

焊接構件在冷卻時焊縫將因收縮而出現(xiàn)拉應力，致使構件產(chǎn)生變形，因此大型結構件焊接前經(jīng)常用反變形法進行控制。為了避免工字鋼梁的上下蓋板焊接時產(chǎn)生角變形，可在焊接前用折邊機或油壓機在反方向上壓彎上下蓋板;為了確保扁鋼和工字鋼在焊接后垂直，可以先把扁鋼往后焊每邊傾斜2°左右，這樣焊接后將會垂直。

3.3?剛性固定法

大型構件接頭焊接時各工件及零件由于自重及焊接時產(chǎn)生應力的作用，要使將位置固定是很困難的。所以每個焊接裝配體不但要用平臺來固定其位置，關鍵部位還要用專業(yè)夾具夾緊構件，從而使其在焊接時得到固定，確保達到焊接準備要求。

4、橋梁鋼結構焊接變形的矯正

鋼結構焊接出現(xiàn)變形時需要對其進行矯正：變形程度較輕的，矯正起來就會簡單;變形嚴重且復雜的，則需要多次矯正，而多次校正產(chǎn)生變形的相互影響，導致未產(chǎn)生正面效果而直接報廢。焊接過程中出現(xiàn)變形不但會直接影響了焊接產(chǎn)品的質量，還可能嚴重阻礙后期施工的進行，耽誤整個工作進度計劃，所以基礎環(huán)節(jié)很重要。要保證整個過程的順利，必須認真對待焊接工作中遇到所有細節(jié)問題，監(jiān)控到作業(yè)流程中每一步。這里主要研究火焰矯正法。

橋梁鋼結構的主要構件是以鋼板、焊接H型鋼柱、鋼管為基礎的組合件。橋梁鋼結構的外形尺寸都比較大，焊接后易產(chǎn)生彎曲或扭曲變形。焊接變形常用的點狀加熱法參考焊接件厚度來決定加熱點數(shù)和加熱墊的直徑，一般情況多用于矯正薄板的波浪變形;線狀加熱法主要針對變形量大及剛性大的結構，采用火焰在寬度方向的橫向擺動或沿直線方向的移動來進行帶狀加熱;三角形加熱主要針對厚度較大、剛性較強的焊接件的彎曲變形。針對不同的鋼結構焊接變形，火焰矯正的具體操作如下。

4.1波浪變形火焰矯正

焊接波浪變形的矯正首選要找出凸起的波峰，并用圓點加熱法配合手錘矯正。加熱原點的直徑應與鋼板厚度或波浪變形的面積大小成正比，但一般為5～?9?cm。波浪變形的主要矯正方法是點狀加熱法，加熱點的分布可呈梅花形或鏈式密點形。利用中溫矯正時烤嘴要從波峰起作螺旋形移動;當溫度在600?℃～700?℃時，在加熱區(qū)邊緣放置手錘，并用大錘擊打手錘，以擠壓加熱區(qū)金屬，使其冷卻收縮后被拉平。這種矯正應注意的事項一是溫度控制在750?℃內(nèi)。二是一個圓點矯正完后再加熱第二個波峰點，以避免產(chǎn)生過大的收縮應力。三是可以采用加水冷卻Q235鋼材以加快冷卻速度。

4.2?彎曲變形火焰矯正

彎曲變形火焰矯正矯正的是以鋼板、焊接H型鋼柱、鋼管為基礎組合件的上拱、下?lián)霞皬澢?。方法一是對準翼緣板的縱長焊縫，采用從中間向兩端的線狀低溫或中溫加熱進行矯正，但加熱時兩條加熱帶要同步進行，以避免發(fā)生彎曲和扭曲變形。二是線狀加熱翼緣板，三角形加熱腹板。橫向線狀加熱寬度一般取20～90?mm，加熱由寬度中間往兩邊進行擴展，二人一起操作;后再加熱三角形。其寬度不超2倍板厚，三角形底邊應與對應翼板的上線狀寬度相等，加熱時從三角形頂部到中心往兩側進行擴展直到底部，此過程要注意一層層進行加熱且溫度不能過高，否則易造成難矯正的凹陷變形。

4.3角變形火焰矯正

角變形火焰矯正主要矯正的是以鋼板、焊接H型鋼柱、鋼管為基礎組合件的角變形。在控制加熱溫度為650?℃的情況下，對準焊縫外在翼緣板上面進行縱向線狀加熱，可以采用直通加熱、鏈狀加熱或帶狀加熱法。由于寬度越大的加熱線，其橫向收縮也越大，所以當橫向收縮大于縱向收縮時，要充分發(fā)揮加熱線橫向收縮作用。注意加熱線寬度一般是鋼板厚度的一半到2倍之間，加熱部位不要超過兩焊腳所控制范圍，不用水冷卻。

5、結語：

綜上所述，鋼結構焊接變形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接變形，并對超出公差要求的焊接變形進行矯正，從而既滿足鋼結構質量要求，又滿足經(jīng)濟性要求。

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