破解建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的技術(shù)探討

剛皓天 劉國華 王新貴

摘? ? 要：焊接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中起著至關(guān)重要的作用。工程施工的穩(wěn)定和安全都依賴于它。現(xiàn)如今，焊接技術(shù)也已經(jīng)向多元化發(fā)展，因此應(yīng)當(dāng)保證焊接質(zhì)量安全，深化焊接變形的控制技術(shù)研究，確保焊接工藝的質(zhì)量，才能保證鋼結(jié)構(gòu)施工的生產(chǎn)安全，為國家工業(yè)化發(fā)展做出貢獻。

關(guān)鍵詞：建筑工程;鋼結(jié)構(gòu)焊接;變形;控制

1? 前言

建筑鋼結(jié)構(gòu)是一種具有創(chuàng)新性的施工手段，不斷加強建筑鋼結(jié)構(gòu)的功能特性，是今后建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)發(fā)展的主要方向。隨著人們對鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的日益重視，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)自身也取得了較大的發(fā)展動力。以高強耐火鋼為代表的創(chuàng)新型建筑鋼結(jié)構(gòu)層出不窮，推動了建筑鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展。在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程中，焊接施工是一個極其重要的環(huán)節(jié)，建筑的一些零部件如果發(fā)生了焊接技術(shù)變形的話，可能會對建筑的整體質(zhì)量造成一定的影響。要想獲得更好的鋼結(jié)構(gòu)建筑，就必須不斷改善當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形技術(shù)。

2? 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形

鋼材的強度非常高，相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件面積更小，這就增加了鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用面積。并且鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量更輕，在同等高度的建筑中，要比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕50%。所以在遇到地震等外力作用時，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力會更小，從而提高工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可以減少工程結(jié)構(gòu)整體造價。

鋼結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件主要有栓接、鉚接和焊接等可靠的連接形式，栓接、鉚接主要用在在鋼結(jié)構(gòu)裝配階段，而焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝的過程當(dāng)中，更多的是用在構(gòu)件制作階段。焊接，也稱作熔接、熔焊，概括來說，就是一種以高溫、加熱或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料的制造技術(shù)及工藝。焊接技術(shù)作為鋼結(jié)構(gòu)制作過程中的主要連接技術(shù)，仍然存在的一些不足，尤其是存在焊接形變的問題。

焊接變形（weldingdeformation）：在焊接過程中，被焊工件在受到不均勻溫度場影響時，焊件的形狀、尺寸等將發(fā)生一定的變化，我們將這種變化稱之為“焊接變形”。通常情況下，在不均勻溫度場沒有全部消失時，隨著溫度變化而發(fā)生變化的變形可稱之為“焊接瞬時變形”;在不均勻溫度場完全消失后，焊接冷卻至初始溫度后的變形，可稱之為“焊接殘余變形”。

3? 焊接變形原因分析

在焊接過程中由于出現(xiàn)不規(guī)則加熱和在不均勻冷卻情況下，使其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在鋼材剛性約束下，外界力的作用以及組織變化，使其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)變形情況。焊接裂縫縱向距離以及橫向距離縮短是導(dǎo)致焊接變形根本原因。其具體因素包括以下方面。

3.1? 結(jié)構(gòu)剛度

剛度是鋼材物理性能，指鋼材結(jié)構(gòu)抗拉抻力度以及抗變形力度，與鋼材的截面形狀以及尺寸大小息息相關(guān)。

3.2? 焊接位置與數(shù)量

焊縫結(jié)構(gòu)不對稱時，也會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。在施工與安裝中需要對其進行對稱，保障施工焊接工作順序具有合理性，當(dāng)焊接縫重心產(chǎn)生偏離時，會導(dǎo)致鋼材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。

3.3? 焊縫橫截面積

焊縫橫截面積主要是對焊件在焊接過程中，其熔合線范圍內(nèi)金屬面積的統(tǒng)稱。通常情況下，焊縫面積越大其所形成的焊接殘余應(yīng)力也就越大，主要原因在于焊縫金屬在受熱后由固態(tài)變?yōu)橐后w，在冷卻后由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)時，體積進行收縮，加之焊縫金屬與母材之間存在密切關(guān)聯(lián)性，對此將導(dǎo)致焊縫殘余應(yīng)力與變形問題的產(chǎn)生。由于焊縫橫街面積對縱向變形、橫向變形、角變形存在的影響相同，因此在板厚相同時，收縮變形與板坡口尺寸存在密切關(guān)聯(lián)性。

3.4? 拼裝和施焊順序

在鋼結(jié)構(gòu)施工中，拼裝過程以及焊接順序的結(jié)合應(yīng)用，對于焊接變形控制有著重要影響。而現(xiàn)實工作中，由于鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計的不合理，將給焊接留下質(zhì)量隱患，造成一些不可逆轉(zhuǎn)的變形損失。

3.5? 焊縫接頭形式

在焊接過程中，當(dāng)焊縫截面積、熱量輸入情況等相一致時，不同的接頭形式對焊縫變形的影響也不同。就表面堆焊而言，堆焊過程中焊縫金屬的橫向變形相對較小，原因在于：加熱僅存在于焊縫金屬表面，焊縫橫向收縮過程中會受到板厚、母材等的約束，從而所產(chǎn)生的橫向變形相對要小。

4? 焊接變形控制措施

鋼結(jié)構(gòu)之所以能夠在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，是因為鋼結(jié)構(gòu)具有很多其他結(jié)構(gòu)所沒有的優(yōu)點。在焊接過程中，鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形是無法避免的，所以當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中出現(xiàn)變形的情況時，在了解焊接變形原因及焊接變形影響因素后，務(wù)必采取有效的處理措施，避免給建筑施工帶來更嚴重的質(zhì)量危害。

4.1? 采用適當(dāng)?shù)暮附臃椒?/p>

焊件的焊接實踐過程中，需要對焊接尺寸進行良好把握，并且在焊接設(shè)計過程中，結(jié)合建筑施工的具體要求來設(shè)計合理的技術(shù)方案。相比手工電弧焊，CO2氣體保護焊電弧熱量集中，熱影響區(qū)小，焊接變形及焊縫開裂傾向小。

4.2? 盡量減少熱輸入量

盡量采用小的焊接電流和焊接電壓以減少焊接熱輸入量，但電流與電壓小容易影響焊縫質(zhì)量，在施工工程中，依據(jù)焊接工藝的不同，嚴格控制電壓電流。此外，在滿足焊縫尺寸的條件下，控制焊縫余高，減少熱輸入。

4.3? 選用合理拼裝及焊接順序

在拼裝過程中，先組裝到位后，用定位焊固定，再一次性以合適的焊接順序一次完成。在順序上保障先短后長、先立后平的順序。在焊接時，以對接縫焊接優(yōu)先，在對焊搭接縫等進行控制，從中間向兩側(cè)逐漸焊接。針對比較集中的焊接縫，可采取跳焊法，長接縫可采取對稱焊接法，先一步對收縮量較大的接頭進行焊接，同時將收縮裕量給予留存，或采用反變形措施達到控制焊接變形的目的。剛度不同構(gòu)件焊接順序?qū)附幼冃我灿杏绊?，根?jù)工程要求制定科學(xué)的焊接方案，嚴格執(zhí)行方案標(biāo)準(zhǔn)進行焊接，同一條焊縫完成后再進行下一條焊縫。

4.4? 進行鋼結(jié)構(gòu)焊接檢測

在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，焊接是一種非常重要的施工工藝，焊接過程的好壞直接影響到整個鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，在完成鋼結(jié)構(gòu)焊接后，應(yīng)及時進行測試。具體的操作步驟如下：超聲波探傷可用于焊縫的檢測，可通過實際檢驗中的各焊縫計算出百分比，其中一級焊縫100%，二次焊縫為20%。探傷的長度應(yīng)小于200毫米，但是，如果鋼結(jié)構(gòu)的焊接長度小于200毫米，則應(yīng)檢查整個焊縫。

5? 焊接變形矯正措施分析

5.1? 物理矯正法

矯正鋼材變形可采取物理矯正法，利用鋼材物理反作用力，并借助壓力機、千斤頂?shù)仍O(shè)備，矯正鋼材構(gòu)件。在矯正過程中，需要將變形區(qū)域放置在中間，以緩慢方式對其進行施力，對其進行矯正。

5.2? 火焰矯正法

火焰矯正法利用金屬導(dǎo)熱性能，使其能夠在塑性狀態(tài)下產(chǎn)生變形，依靠金屬熱脹冷縮的收縮差，使其能夠按照矯正的方向產(chǎn)生形變，使其能夠保持原有的狀態(tài)。

5.3? 反變形法

反變形法需要利用夾具等固定性構(gòu)件，增加變形構(gòu)件的物理性能。在此之后，以焊接方式使鋼材產(chǎn)生收縮，利用溫度使其產(chǎn)生形變。由于在形變過程中受到外力控制，會保障其具有原有形態(tài)。此方法主要適用于低碳鋼結(jié)構(gòu)中，中碳鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生裂紋。

6? 結(jié)語

綜上所述，接過程中產(chǎn)生變形問題是會極大程度影響建筑工程中的鋼材施工整體質(zhì)量，焊接工藝對鋼材施工影響是雙方面的，在提升鋼結(jié)構(gòu)安裝效率同時，對鋼材結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。焊接變形無法避免，需要施工人員以合理手段對其進行控制，在項目實施過程中，結(jié)合工程的具體情況，利用有效的控制與矯正手段，降低焊接變形幾率，從而提高工程的施工質(zhì)量。

參考文獻：

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