鋼結(jié)構(gòu)焊接變形原因及控制措施

摘要：在建筑行業(yè)中隨著鋼結(jié)構(gòu)的廣泛使用，其在焊接過程中產(chǎn)生的焊接變形主要有縱向橫向收縮變形、撓曲變形、角變形等，本文通過對鋼結(jié)構(gòu)焊接變形原因的分析，在設(shè)計和施工過程中采取相應(yīng)的措施來減少焊接變形，從而提高工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；控制措施

在建筑行業(yè)中采用的連接方式主要有焊接、鉚接、螺栓連接。其中采用焊接方式，操作簡單，節(jié)省鋼材，適應(yīng)力強(qiáng)，可適合各種構(gòu)件，因而焊接方式成為最常用的鋼結(jié)構(gòu)鏈接方式。

一、焊接變形類型及其原因

焊接過程其實是高溫加熱過程，鋼結(jié)構(gòu)在高溫時其金屬受熱膨脹，從而產(chǎn)生塑性變形，而在冷卻時，金屬開始進(jìn)行收縮，但是由于其受到周圍金屬的阻撓，而無法進(jìn)行完全的自由收縮，因而產(chǎn)生焊接變形。焊接變形分成六類，主要有縱橫向收縮變形、撓曲變形、波浪變形等。

1.1 縱橫向收縮變形

由于焊縫的變化、焊縫尺寸的大小等原因，在軸向方向出現(xiàn)的收縮變形，我們稱之為縱向收縮變形；而由于金屬在高溫區(qū)受熱膨脹，但是受到周圍低溫金屬的阻礙而在與焊縫垂直的方向上出現(xiàn)的收縮變形則稱之為橫向收縮變形。

1.2 撓曲變形

在焊接過程中，由于焊縫兩側(cè)的收縮變形量的不同，或者是由于焊縫的一邊產(chǎn)生了收縮變形而焊縫的另一邊未產(chǎn)生收縮變形，而形成撓曲變形。

1.3 角變形

由于在焊接過程中沿著板厚方向產(chǎn)生的焊縫收縮變形量的不同而造成焊接后的構(gòu)件平面繞焊縫產(chǎn)生一定的角度，我們稱之為角變形。

1.4 波浪變形

由于內(nèi)應(yīng)力的作用，焊接后的構(gòu)件失穩(wěn)，其形狀為波浪狀，我們稱為波浪變形。

1.5 錯邊變形

由于焊接的鋼結(jié)構(gòu)的兩側(cè)在焊接過程中受熱不均勻，而造成焊件在高度和長度兩個維度上產(chǎn)生了錯位，我們稱為錯位變形。

1.6 螺旋形變形

螺旋形變形主要是由于焊縫的角變形在長度方向上分布的不均勻性，或者縱向的錯邊變形而造成的。

綜上所述，根據(jù)焊接變形類型及原因，我們總結(jié)如下，其中變形原因主要有焊縫尺寸、焊縫能量、焊縫收縮變形量等。

二、減少焊接變形的幾種措施

根據(jù)焊接變形的類型及其產(chǎn)生原因，本文主要從設(shè)計和施工兩個方面來采取相應(yīng)的控制措施減少焊接變形。

2.1 如何在設(shè)計中減少焊接變形

主要通過在設(shè)計中通過焊縫尺寸大小、焊縫數(shù)量、焊接位置等來來減少焊接變形。

（1）控制焊縫數(shù)量和尺寸

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論，鋼結(jié)構(gòu)的輸入熱量會隨著焊縫數(shù)量的增多、焊縫尺寸的增大而增加，因而隨著輸入熱量的增加會引起相應(yīng)的焊接變形。所以設(shè)計人員在設(shè)計中需要合理選擇焊縫數(shù)量和尺寸。

（2）選擇合理的焊接方式

根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計理論和焊接基礎(chǔ)知識，在設(shè)計中選擇合理的破口形狀和破口尺寸，可減少焊縫的截面面積，因而可減少一定的焊接變形。

（3）選擇合理的焊接操作方式

在焊接過程中，將焊縫的焊接位置不處于仰面，既可以使焊接操作更加方便、簡單，保持焊接質(zhì)量不受影響，又可以避免產(chǎn)生相應(yīng)的焊接變形。

2.2 如何在施工中的控制焊接變形

通過在焊接過程中選擇科學(xué)合理的焊接工藝，可控制在施工過程中產(chǎn)生相應(yīng)的焊接變形。在施工過程控制焊接變形主要有三類，分別為施工過程的預(yù)防措施、焊后變形矯正措施以及相應(yīng)的施工管理措施。

2.2.1 預(yù)防措施

預(yù)防措施主要四類，分別為反變形法、剛性固定法、合理的焊接方法和規(guī)范、合理的焊接裝配順序等。

（1）反變形法

反變形法就是在實施焊接工作之前，操作人員通過確定焊接變形的大小和方向使焊接后的構(gòu)件可以滿足設(shè)計要求。比如通過施加相反的作用力（采用夾具）與焊接變形相抵消從而來防止焊接變形。

（2）剛性固定法

反變形法是通過施加相反的作用來抵消焊接變形的，而剛性固定法是通過在相反方向上增加焊件的剛度（采用夾具或者點(diǎn)焊方式）來限制焊接變形的，當(dāng)沒有采用反變形法時，可采用剛性固定法。

（3）焊接方法和規(guī)范

根據(jù)焊接方法和規(guī)范，在施工過程中選擇合理科學(xué)的焊接方法和相應(yīng)的規(guī)范可以有效地減少焊接變形。比如采用傳統(tǒng)的手工電弧焊會產(chǎn)生焊接變形，如果用CO2焊接法代替，則可以大大減少焊接變形；或者采用間斷焊接法。

（4）裝配焊接順序

在眾多的裝配焊接順序中，通過選擇科學(xué)合理的裝配焊接順序，可以在施工過程中使焊接變形相互抵消，從而可有效減少相應(yīng)的焊接變形。

2.2.2 焊后矯正變形措施

焊后矯正變形措施有兩類，主要為機(jī)械矯正法和火焰矯正法。

（1）機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法，顧名思義就是通過借用外力，從而產(chǎn)生與焊接變形方向相反的變形，可抵消原來產(chǎn)生的焊接變形，以此來減少焊接變形。比如在施工中焊接方式的選擇——對稱焊接方式，當(dāng)焊縫不對稱時，我們可以先焊接焊縫較少的一邊，然后根據(jù)對稱原理，再焊接另一邊。

（2）火焰矯正法

火焰矯正法就是在焊接變形相反的方向上利用火焰產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮變形，這樣的操作能夠使金屬在冷卻后進(jìn)行收縮，從而可進(jìn)行變形矯正。火焰矯正法根據(jù)利用跟蹤水冷的方式可分為正冷、背冷和空冷三種方式，其中在火焰加熱的正面采用跟蹤水冷方法稱為正冷；而在加熱背面采用跟蹤水冷則為背冷；在加熱過程中不采用跟蹤水冷則為空冷。

2.3 加強(qiáng)施工管理，提高焊接水平

對于焊接工作人員加強(qiáng)培訓(xùn)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)焊接理論知識，加強(qiáng)實踐操作，從理論和實踐兩方面提高焊接工作人員能力，從而減少焊接變形。

（1）增加培訓(xùn)課

通過增加培訓(xùn)，加強(qiáng)焊接工作人員的基礎(chǔ)知識，提高技術(shù)水平。

（2）持證上崗

通過一定的理論學(xué)習(xí)和實踐操作，取得相關(guān)資格證書，工作人員持證上崗。

（3）加強(qiáng)施工管理措施

通過制定相關(guān)管理措施，提高施工過程中工程質(zhì)量，從理論到實踐全方位減少焊接變形。

三、總結(jié)

在鋼結(jié)構(gòu)中，焊接變形主要有縱橫向收縮變形、撓曲變形、波浪變形等，其原因主要有焊縫尺寸、焊縫能量、焊縫收縮變形量等。通過在設(shè)計過程中對焊縫數(shù)量、尺寸、焊接方式等的合理選擇；在施工過程中，采取相應(yīng)的控制措施進(jìn)行預(yù)防和焊后矯正，同時加強(qiáng)施工管理，可有效控制焊接變形，從而使工程質(zhì)量得到一定的保證。

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作者信息；李保平 性別 男 出生年月 1981.03 籍貫 河南濮陽人 職稱 講師 學(xué)歷 碩士研究生 單位 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 研究方向 建筑施工endprint