城市人行天橋建設(shè)中鋼箱梁焊接形變控制探究

周玉保

摘 要 鋼箱梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗震性優(yōu)、施工快速，因而得以于人行天橋項(xiàng)目廣泛實(shí)踐運(yùn)用。然而，在其施焊、制作之中，極易因作業(yè)人員的操作欠規(guī)范等諸多因素而出現(xiàn)形變問(wèn)題，以致影響到整個(gè)天橋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建質(zhì)量與使用安全。對(duì)此，本文對(duì)城市人行天橋建設(shè)中鋼箱梁焊接形變控制展開(kāi)全面探討，以供參考。

關(guān)鍵詞 人行天橋;鋼箱梁;焊接;形變控制

1焊接形變的成因與影響

（1）基本類型。在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，鋼材結(jié)構(gòu)因?yàn)楹附与娀〉某邷囟霈F(xiàn)的形變現(xiàn)象，且在焊接結(jié)束后鋼結(jié)構(gòu)仍會(huì)因殘余變形而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸出現(xiàn)變化。在上述兩種現(xiàn)象中，對(duì)焊接質(zhì)量影響的主要因素為焊接結(jié)束后持續(xù)的殘余形變，這種變形往往也是造成鋼結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重的變形。按照對(duì)不同結(jié)構(gòu)的影響可將焊接結(jié)束后的殘余形變的影響分為部分變形和整體變形;按照各種不同變形的特性可將其分為：波狀、彎曲、錯(cuò)位、扭轉(zhuǎn)、角和收縮等幾種變形形式，其中波狀變形和角變形是部分變形，彎曲、錯(cuò)位、扭轉(zhuǎn)和收縮等變形是整體變形。焊接時(shí)鋼材結(jié)構(gòu)較少發(fā)生部分變形，多為整體變形。

（2）所致成因。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，因?yàn)楹附与娀〉臏囟葮O高，所以造成鋼結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的溫度相差較大，靠近焊接部位的溫度極高而遠(yuǎn)離焊接部位的溫度接近室溫。由于熱脹冷縮的原因，焊接處鋼材產(chǎn)生的膨脹效果遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離處，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)收到擠壓發(fā)生變形;另一方面，焊接結(jié)束的冷卻過(guò)程中，不同部位受到不同方向的內(nèi)應(yīng)力也不相同，從而致使鋼結(jié)構(gòu)不同部位發(fā)生不同的收縮，引起變形;另外，受內(nèi)部晶粒轉(zhuǎn)變?cè)斐审w積改變也會(huì)導(dǎo)致焊件出現(xiàn)變形，這也是焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接應(yīng)力并出現(xiàn)焊接變形的重要原因。

（3）影響分析。焊接會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的變形，這種變形現(xiàn)象會(huì)連帶著影響焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力，使其隨之變形，并且這種變形不是瞬時(shí)的而是會(huì)殘留很長(zhǎng)時(shí)間。一般情況下殘余應(yīng)力和殘余形變會(huì)共同存在，與殘余應(yīng)力相比，通常鋼結(jié)構(gòu)中殘余形變的破壞力更大，這種變形會(huì)導(dǎo)致部件或整體的尺寸出現(xiàn)較大偏差而無(wú)法予以組裝，讓構(gòu)件的穩(wěn)定性能變差而失去承載力，極大影響鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量，若要通過(guò)矯正手段恢復(fù)其穩(wěn)定性，難度過(guò)大，同時(shí)還有可能導(dǎo)致?lián)p壞產(chǎn)品使其報(bào)廢。另外，焊接殘余應(yīng)力和焊接變形很大程度上會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生裂紋，部分金屬因?yàn)闅堄鄳?yīng)力的影響導(dǎo)致其性能大幅降低，讓此種金屬的焊接技術(shù)難度大量增加。所以，在進(jìn)行焊接過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)焊接的變形和應(yīng)力機(jī)制進(jìn)行充分的把握，知曉其中的規(guī)律，從而在操作中避免和減少變形而造成的危害[1]。

2鋼箱梁焊接形變的控制

（1）焊接應(yīng)力的控制。因?yàn)闃?gòu)件動(dòng)力承載力、低溫環(huán)境使用與三向應(yīng)力情況均會(huì)受到殘余應(yīng)力的不利影響，所以，也應(yīng)該特別注意對(duì)殘余應(yīng)力的控制，而殘余應(yīng)力控制的關(guān)鍵在于降低應(yīng)力的峰值讓其分布均勻，主要手段有：①使焊縫尺寸盡可能降低;②使焊接的束縛度盡量減少;③使用適當(dāng)?shù)捻樞蜻M(jìn)行焊接;④減少焊接鋼構(gòu)件的剛度，使其更易收縮;⑤可以使用錘擊對(duì)焊接時(shí)的參與應(yīng)力進(jìn)行消除。

（2）焊接形變的控制。焊接變形會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、安裝和使用造成直接的影響，同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致次應(yīng)力或附加內(nèi)力使焊件的質(zhì)量變差、承載力變低，所以焊接形變的控制非常關(guān)鍵?？梢圆捎靡韵率侄螌?duì)焊接形變進(jìn)行控制。

①控制焊接縫的截面積。焊接縫的截面積應(yīng)該盡可能降低，在操作中無(wú)超標(biāo)缺陷焊縫的要求下使用小坡口尺寸工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。②使用屈服強(qiáng)度不大于345MPa的鋼材要盡量降低熱輸入，盡量降低預(yù)熱溫度或不進(jìn)行預(yù)熱;盡量使用較低熱輸入的焊接手段。③在進(jìn)行T形接頭、十字形接頭與對(duì)接接頭做破口焊接時(shí)，若環(huán)境符合防治工藝要求或容易翻轉(zhuǎn)，應(yīng)該對(duì)稱焊接雙面坡口;焊接截面為對(duì)稱圖形的構(gòu)件時(shí)，應(yīng)該以中和軸作對(duì)稱軸對(duì)稱焊接。④若兩面的坡口為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照從深到淺的順序，一次對(duì)焊縫不同側(cè)進(jìn)行焊接。⑤若有確定的節(jié)點(diǎn)模型、焊縫布置、焊接程序，這種情形下應(yīng)該首選具有藥芯焊絲自動(dòng)保護(hù)電弧焊或熔化極氣體自動(dòng)保護(hù)電弧焊等較高能量密度的焊接方法進(jìn)行焊接，同時(shí)盡量降低熱輸入。⑥在前期焊接設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少焊接時(shí)焊縫的尺寸和數(shù)量;應(yīng)該對(duì)焊縫進(jìn)行合理的規(guī)劃，不但應(yīng)該防止焊縫的密度過(guò)高，還要焊縫的坐標(biāo)盡量與中和軸相鄰近，同時(shí)讓焊縫的位置以中和軸為對(duì)稱軸相對(duì)稱。⑦對(duì)焊縫位點(diǎn)不以中和軸相對(duì)稱時(shí)，先對(duì)焊縫數(shù)量少的一側(cè)進(jìn)行焊接，再焊接較多的一側(cè);再較厚的焊接板中，盡量使用多層焊接板，避免使用單層焊接板。⑧對(duì)于角變形可以使用反變形法進(jìn)行控制。⑨可以使用定位焊固定一般構(gòu)件并防止其變形;使用剛性固定法增加較大、較厚的構(gòu)件并增加其焊接的剛性;使用分部分組裝焊接法對(duì)大型焊件進(jìn)行焊接，矯正后再使用連續(xù)施工或總裝。⑩使用合理順序進(jìn)行焊接。使用逆向分段法、中分法進(jìn)行較長(zhǎng)焊縫的焊接;使用對(duì)稱焊接法進(jìn)行角接縫的焊接;雙槍焊接法對(duì)H型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接;從下至上焊接法對(duì)箱梁腹板成對(duì)焊縫進(jìn)行焊接，以滿足上拱的焊接要求。當(dāng)兩條或多條焊縫相交時(shí)，先對(duì)易收縮變形的進(jìn)行焊接，再依次焊接其余焊接縫，使得不同焊縫的內(nèi)應(yīng)力得到合理分配，從而減少形變;若焊接縫與焊接角相交時(shí)應(yīng)首先對(duì)接縫進(jìn)行焊接。對(duì)鋼箱橫梁和橫隔板進(jìn)行焊接時(shí)，藥采用剛性固定的方式進(jìn)行焊接，避免焊接大量焊接縫的一側(cè)時(shí)造成波狀形變。先使用20號(hào)鋼槽制作一個(gè)中空、表面光滑、操作向外的框架鋼結(jié)構(gòu)，使用此結(jié)構(gòu)可以很好地對(duì)橫隔板進(jìn)行固定，固定橫隔板后使用帶CO2氣體保護(hù)的實(shí)心焊絲對(duì)框架進(jìn)行焊接，并在兩側(cè)對(duì)稱部分同時(shí)安排兩名施工人員進(jìn)行焊接。為了避免焊接電弧對(duì)眼睛的損害，應(yīng)使用三夾板在中部進(jìn)行遮擋以減少弧光的強(qiáng)度。這樣操作能有效減少波狀變形的產(chǎn)生[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

鋼箱梁結(jié)構(gòu)存有焊接質(zhì)量缺陷不僅會(huì)對(duì)所涉部位的施建質(zhì)量造成影響，而且還會(huì)對(duì)整個(gè)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的承荷能力與安穩(wěn)性產(chǎn)生影響，故而，在開(kāi)展實(shí)踐項(xiàng)目的作業(yè)施工時(shí)，務(wù)須牢牢把握影響焊接作業(yè)質(zhì)量的各類因素，通過(guò)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)控制舉措，規(guī)避焊接作業(yè)中出現(xiàn)的種種質(zhì)量缺陷，以保鋼箱梁施建質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 許賀，曹磊.寸灘長(zhǎng)江大橋鋼箱梁整體拼裝定位精度和焊接變形控制技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2017（7）：114-116.

[2] 吳江波，袁俊，李彥國(guó)，等.南京長(zhǎng)江第四大橋鋼箱梁制造關(guān)鍵焊接技術(shù)及質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù)，2016，45（9）：1-3.