淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制和矯正

和一平

摘 要：在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接中，因為焊接區(qū)域中會發(fā)生局部熱脹冷縮作用產(chǎn)生焊接變形，焊接變形會影響鋼結(jié)構(gòu)的尺寸大小，安裝精度和施工方法。本文闡述了焊接變形的控制方法和減小焊接應(yīng)力的一些措施。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；矯正

鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)具有載重大、架設(shè)簡便等優(yōu)點，再加上工期短、工藝簡單，因此被廣泛應(yīng)用于高度和跨度較大的結(jié)構(gòu)，以及可拆卸的結(jié)構(gòu)等等。在施工過程中，很多外界因素都會造成鋼結(jié)構(gòu)變形，其中，焊接變形最為常見，而且可以通過優(yōu)化工藝來減少和避免。

近幾年來，鋼結(jié)構(gòu)焊接框架在建筑業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)焊接框架憑借其強度高、質(zhì)量小、韌性好、以及安裝快捷施工方便等多種優(yōu)點，逐步取代了鉚接和螺栓連接等其他連接方式。但是鋼結(jié)構(gòu)焊接也有不便于進(jìn)行焊接質(zhì)量檢驗、容易引起構(gòu)件變形等缺點。在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中，如果能采取一定的方式適當(dāng)控制，就能夠有效減小變形量，提高焊接效率和工程整體質(zhì)量。

一、常見的焊接變形

焊接過程中母材不均勻受熱，鋼材不論在焊接的加熱還是冷卻過程中，都會產(chǎn)生變形。因此，受熱變形是焊接鋼結(jié)構(gòu)一種常見的變形方式。焊接變形有以下幾種基本形式：

（1）彎曲變形。彎曲變形在焊接中常出現(xiàn)的現(xiàn)象，這種變形對鋼結(jié)構(gòu)精度影響很大。鋼材的縱向收縮與橫向收縮都會產(chǎn)生彎曲變形。在腹板很薄的時候也會發(fā)生彎曲變形。

（2）橫向變形。形成橫向變形的主因是板材的不均勻受熱。由于板材的不同部分的受熱不均，熱過程不同，因此在板材冷卻時，橫向收縮是不均勻的，這就造成了橫向變形。

（3）縱向變形。在鋼板加熱后冷卻過程中，原來溫度高的部分被壓縮的多，因而冷卻后收縮的也多，因此產(chǎn)生的縱向收縮造成縱向變形。

（4）角變形。對較厚鋼板進(jìn)行角焊接時，焊接的這一面溫度高，焊接背面溫度低。這樣在冷卻時，焊接的一側(cè)收縮較大。就會相對角度變化產(chǎn)生角變形。

（5）波浪變形。這類主要發(fā)生在薄鋼板構(gòu)件中。薄鋼板冷卻收縮的時候，不同區(qū)域之間互相產(chǎn)生應(yīng)力，因為焊接產(chǎn)生的應(yīng)力很大，薄鋼板就無法維持穩(wěn)定出現(xiàn)褶皺。

（6）扭曲變形。主要表現(xiàn)是鋼結(jié)構(gòu)橫斷面發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。

二、控制焊接變形的方法

在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中，要充分考慮變形的問題，通過合理的焊接方法，減少焊接變形。

1.設(shè)計合理的焊縫

焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)中的重要環(huán)節(jié)，連接的承載能力必須不小于鋼件的承載力，這就是代表焊縫強度必須不低于母材的強度。對于不同功能的焊縫對于力學(xué)性能的要求也不盡相同，受力焊縫是主要承受傳力，對于強度很高；綴連焊縫主要起連接作用，它的應(yīng)力可忽略不計，但在連接過程中受剪力作用大，因此強度可適當(dāng)減小，韌性適當(dāng)提高。

從尺寸上說，焊縫尺寸不應(yīng)該設(shè)置的太大。因為過大的尺寸會導(dǎo)致焊接變形增加，還會增加焊接工人的勞動強度。所以，在保證強度的前提下，應(yīng)盡量減小焊縫尺寸。

2.焊前的準(zhǔn)備工作

鋼件毛坯不能隨意擺放，需要平整放置。要為鋼件提供數(shù)量足夠，位置合理的支撐。否則，焊接過程中鋼件會因自重發(fā)生變形。放樣和下料毛坯時必須為了補償收縮留一定的焊接余量。

3.合理的裝配和焊接順序

要有標(biāo)準(zhǔn)的水平平臺，用于制作和拼接鋼件，這樣保證了構(gòu)件的平直。小件可以一次裝配，先定位焊接一遍，再按順序一次完成。大型鋼結(jié)構(gòu)要先將小件組焊，然后，總體裝配，之后再焊接。拼裝過程中要注意避免過大的外力強制組對，防止焊件的變形。對接口的間隙，搭接長度，坡口角度連接要合理。

4.選擇合理的焊接工藝

焊接時能量越小，焊接后變形就越小，所以在盡可能的情況下盡量焊多層、使用小焊條，對電流、焊接速度也要進(jìn)行控制。在焊接鋼件時候，要先從短焊縫開始焊接，再焊長焊縫，先焊立位面角焊縫再焊平面角焊縫，先焊接對接再焊接角接；先外后內(nèi)，先縱后橫，先中后邊。對于長焊縫，要使用斷續(xù)焊法，每隔1M左右距離焊縫要進(jìn)行對稱焊接，如果是1.5米以上可以使用跳焊法。其中斷續(xù)焊接時焊接接頭比較多，所以容易產(chǎn)生缺陷。

5.適當(dāng)應(yīng)用預(yù)熱法

在焊前可以對焊件進(jìn)行加熱，局部預(yù)熱或整體預(yù)熱之后再進(jìn)行焊接。焊前預(yù)熱后能夠減少焊接應(yīng)力變形，不同的焊件預(yù)熱溫度不同一般預(yù)熱溫度80度到300度之間。

6.剛性固定法

剛性固定法是指焊接時將構(gòu)件用夾具等固定在具有一定強度的工作臺上，構(gòu)件在熱脹冷縮時會受到約束，變形被外力所限制。這種方法適用于塑性較好的材料和厚度在10mm 以下的薄板。

三、焊接變形的矯正

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素很多，當(dāng)焊接變形難以避免或構(gòu)件的變形程度超過設(shè)計要求時，必須進(jìn)行矯正。通常焊接變形的矯正可分為冷矯正法和熱矯正法兩種。

1.冷矯正法

冷矯正法也叫機械矯正法，是使用機械力的作用，對焊接變形進(jìn)行矯正，這種矯正方法常常使用于小尺寸焊件或變形程度較小的焊件，常用器具有千斤頂、壓力機、矯板機等。在矯正工作時，需要先將焊件固定在工裝之間，再對焊件構(gòu)件施加相反焊接方向的外力，使其產(chǎn)生相反的塑性變形，補償原來因為焊接應(yīng)力造成的變形即可。但是需要注意，因為需要施加作用力的原因，冷加工法不適用于脆性較大和硬度較大的鋼材料。

2.熱矯正法

熱矯正法也叫火焰矯正法，它是利用火焰的溫度對焊縫局部進(jìn)行加熱，在其冷卻時，重新發(fā)生熱脹冷縮造成新的局部形變，從而能夠抵消舊的形變，達(dá)到矯正的目的。所以如何正確的選取加熱位置，溫度以及冷卻時間是能否取得火焰矯正良好效果的重要因素。熱加工法適用于低碳鋼結(jié)構(gòu)和部分普通低合金鋼結(jié)構(gòu)。

火焰矯正法的加熱方法有點狀加熱，線狀加熱和三角形加熱三種。點狀加熱主要適用于矯正板料的凸凹變形，要根據(jù)鋼板自身的厚度，材料和變形程度確定加熱點的直徑，數(shù)量和間距。一般情況下鋼板厚度越大，變形越大，加熱點越多，直徑越大，間距越小。加熱點直徑一般在 十毫米到三十毫米之間之間，相互距離一般為五十到一百毫米，排布形狀往往采用梅花形狀。線狀加熱有三種基本形式：直線加熱、曲線加熱和環(huán)線加熱，具體應(yīng)用時應(yīng)酌情選擇。

四、結(jié)束語

本文總結(jié)了各種施工中鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，以及變形的控制要點和矯正方法，這些經(jīng)驗將在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中起到預(yù)防和指導(dǎo)作用。鋼結(jié)構(gòu)的焊接形變在施工工程中經(jīng)常發(fā)生，影響建筑施工質(zhì)量，必須注重控制和矯正。

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