淺析如何有效控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形及應(yīng)力

趙晶，劉洋，劉海濤，戴小龍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

焊接是制造鋼結(jié)構(gòu)最為常用的一種方法。鋼結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以及使用的時(shí)間長短，都與在焊接過程中的各種因素有關(guān)。這些因素主要包括焊接的方法、焊接接頭的形式以及焊縫截面積大小等。任何一種因素都會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)的性能造成嚴(yán)重的影響，而且，對于鋼結(jié)構(gòu)的焊接來講，其過程中產(chǎn)生的焊接變形以及焊接應(yīng)力的現(xiàn)象很難避免。那么，為了保證鋼結(jié)構(gòu)的性能，就必須加強(qiáng)對焊接變形及應(yīng)力的有效控制。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形與焊接應(yīng)力的基本組成分析

1.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的組成種類

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)可以得出，鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)焊接變形主要包括面外變形和面內(nèi)變形這兩種。面外變形又可以分為：扭曲形變、彎曲形變、失穩(wěn)波浪形變和角形變等。面內(nèi)變形可以分為縱向收縮變形、橫向收縮變形以及焊縫回轉(zhuǎn)變形等。對于鋼結(jié)構(gòu)來講，其所發(fā)生的變形種類，大都是橫向收縮和縱向收縮變形。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力的組成種類

一般來講，鋼結(jié)構(gòu)焊接后，進(jìn)行冷卻處理的焊接結(jié)構(gòu)中，往往會(huì)存在一些并未消除的應(yīng)力。這種焊接應(yīng)力主要可以分為橫向應(yīng)力、縱向應(yīng)力以及沿焊縫厚度方向的應(yīng)力。

2 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形以及應(yīng)力的控制策略研究

2.1 控制鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的策略探討

（1）加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的合理控制。對鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形進(jìn)行控制，最重要的便是選擇合理的方式設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)。要想設(shè)計(jì)出更加具備科學(xué)性的鋼結(jié)構(gòu)，必須要對鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，影響焊接出現(xiàn)變形的原因以及不同焊接種類所具備的特征進(jìn)行分析與研究。在展開焊接時(shí)，一定要對使用的焊接形式和焊縫的尺寸等進(jìn)行合理的選擇。當(dāng)焊接縫的數(shù)量和尺寸越大越多時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生焊接變形的頻率加大。因此，要盡可能地減小和減少焊接縫與尺寸的大小，便于實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)焊接變形在后期的更好控制管理。

（2）鋼結(jié)構(gòu)焊接方法的選擇。對于鋼結(jié)構(gòu)的焊接來講，只有結(jié)合焊接縫的形狀以及大小，選擇恰當(dāng)?shù)暮附臃绞?，減少各種焊縫的發(fā)生，才能減少鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)焊接變形的現(xiàn)象。那么，在焊接時(shí)，可以選擇小剛性節(jié)點(diǎn)形式，盡可能地使焊接過程中的焊縫越來越少，同時(shí)能夠避免焊縫出現(xiàn)交叉的現(xiàn)象。鋼結(jié)構(gòu)在焊接施工過程中，要先分析焊縫的種類，根據(jù)不同的焊縫種類，對焊接的順序以及所使用的方法進(jìn)行選擇，對焊接過程中焊縫的處理，要選擇對稱焊接的方式。而且，焊縫的位置要選擇一些相對較低的應(yīng)力區(qū)域，從而為控制焊接變形做好一定的基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

（3）根據(jù)焊縫位置選擇焊接方式，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，對焊縫位置的處理方式等，都可能會(huì)造成不同程度的焊接變形現(xiàn)象出現(xiàn)。一般來說，先進(jìn)行焊接處理的焊縫，很容易發(fā)生焊接變形的現(xiàn)象。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的截面形狀符合對稱的情況下，便可以使用對稱焊接方式，這樣便可以實(shí)現(xiàn)對焊接變形的合理控制。鋼結(jié)構(gòu)的截面形狀不對稱時(shí)，要先處理截面較小的進(jìn)行焊接，這樣便可以減少焊接變形的發(fā)生。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力的控制策略分析

（1）焊接順序的合理選擇。對于焊接應(yīng)力的控制來講，鋼結(jié)構(gòu)的焊接順序，也需要對其進(jìn)行合理的解決和處理。一般來說，要先對中間的部分進(jìn)行焊接，再對四周進(jìn)行焊接處理。當(dāng)一些鋼結(jié)構(gòu)自身的表面存在交叉焊縫的情況時(shí)，該部位的焊接方式要嚴(yán)加管理。有可能在某些部位存在并未進(jìn)行焊接處理的現(xiàn)象，就會(huì)在各種因素的影響下，使其出現(xiàn)焊接應(yīng)力的狀況，從而使鋼結(jié)構(gòu)自身的性能逐漸下降，鋼結(jié)構(gòu)自身的使用壽命也會(huì)降低。

（2）振動(dòng)時(shí)效法的選擇。經(jīng)過以往的焊接經(jīng)驗(yàn)和各種實(shí)際案例可以發(fā)現(xiàn)，在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，使用振動(dòng)時(shí)效法，能夠在一定程度上降低焊接應(yīng)力的發(fā)生。這種方式的使用，與鋼結(jié)構(gòu)焊縫自身的大小和形狀都沒有任何關(guān)聯(lián)，而且，施工的過程所耗費(fèi)的時(shí)間成本較低，對自然環(huán)境也并未產(chǎn)生什么危害和污染。這種振動(dòng)時(shí)效法的使用，在消除鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力時(shí)，要對振動(dòng)的類型和程度進(jìn)行合理的把控，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）間斷焊接法的使用。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接的過程中，鋼結(jié)構(gòu)自身會(huì)受到焊接熱源的影響，使其出現(xiàn)一定程度上的焊接應(yīng)力。使用的間斷焊接法，主要是可以使焊接區(qū)的構(gòu)件處于冷卻的狀態(tài)下，減少其受到的熱源影響。該方法的使用，往往比較麻煩，需要消耗的焊接工期相對來講比較長。

（4）分解焊接各部分的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。有些鋼結(jié)構(gòu)自身的組成體積比較大，對于這種大體積的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，往往需要的焊接方式和程序都比較復(fù)雜，同時(shí)，也會(huì)消耗大量的成本。那么，對于這種情況，可以將這種大型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行分解，分解之后的部分再單獨(dú)進(jìn)行焊接處理。這樣一來，不僅能夠減少焊接應(yīng)力的發(fā)生，還可以促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)焊接效率的提升。

3 結(jié)語

綜上所述，在對鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，往往會(huì)因?yàn)槎喾N因素的影響，使鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作中出現(xiàn)一些問題，引起鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和焊接應(yīng)力。這樣一來，便會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)自身的性能造成影響，人們必須對此加以重視，盡可能地采取更多科學(xué)合理的措施，選擇恰當(dāng)?shù)暮附臃绞胶秃附禹樞颍瑴p少和避免焊接出現(xiàn)變形以及應(yīng)力的現(xiàn)象，從而加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的控制。