劉全德

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)的性能良好，質(zhì)地輕便，在工業(yè)生產(chǎn)和建筑施工等領(lǐng)域得到了廣泛的運用。一般來說，在鋼結(jié)構(gòu)投入使用之前，都需要經(jīng)過焊接處理。因此，焊接水平的高低對鋼結(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生直接的影響。然而，在焊接過程中，由于受到多方面因素的影響，常常會出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象。焊接變形的出現(xiàn)不僅會嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還會對生產(chǎn)企業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量等方面帶來嚴(yán)重的不利影響。因此，在實際工作中，必須采取相應(yīng)的策略，避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象的發(fā)生，以提高工程質(zhì)量，保證施工進(jìn)度，提高工程建設(shè)效益。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；成因；控制策略

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中出現(xiàn)變形是不可避免的，但可以通過合理的施工措施來予以控制。作為鋼結(jié)構(gòu)制作和連接的主要技術(shù)，焊接已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝工藝之中。然而，焊接中產(chǎn)生的變形問題不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能，給企業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失。特別是在大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)中，這一問題表現(xiàn)得尤其突出。有鑒于此，必須對焊接變形不同類型和原因進(jìn)行全面分析，并采取有力措施控制焊接變形量，以確保不斷提高生產(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

2 鋼構(gòu)焊接變形的成因及影響因素

2.1 縱向收縮變形及影響因素

縱向收縮變形是平行于焊縫軸線方向所發(fā)生的焊件整體縮短現(xiàn)象。對于一個焊件，如果整體加熱伸長多少，冷卻后又會恢復(fù)到原長。實際焊件是在局部加熱，而且焊接接頭處加熱溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于600℃。因此，焊件加熱伸長時必然受到周圍金屬的限制，所以產(chǎn)生了壓縮塑性變形，冷卻后焊件縱向必然會縮短。影響縱向收縮變形的因素有焊接層數(shù)、焊接方法、焊接線能量、焊接順序以及材料的熱物理參數(shù)等。

2.2 橫向收縮變形及影響因素

橫向收縮變形是指垂直于焊縫軸線方向所發(fā)生的焊件整體縮短現(xiàn)象。橫向收縮與縱向收縮產(chǎn)生的原因基本相同。影響焊件橫向收縮變形的因素有線能量、接頭形式、裝配間隙、板厚、焊接方法以及焊件的剛度等。試驗證明，平板堆焊橫向變形量的大小與焊接線能量和板厚有關(guān)。隨著線能量的提高，橫向收縮變形量增加，隨著板厚的增加，橫向收縮變形量減少。

2.3 撓曲變形（彎曲變形）

（1）縱向收縮引起的撓曲變形當(dāng)焊縫中心線與焊接結(jié)構(gòu)截面的中性軸不重合、焊縫在焊件上的分布不對稱和焊接順序不合理時，縱向收縮力在焊件中性軸兩側(cè)引起的變形不能相互抵消，焊件除了引起收縮變形外，同時還會產(chǎn)生撓曲變形。而且隨著焊縫尺寸的增大，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的撓曲變形量也增大。 （2）橫向收縮引起的撓曲變形鋼結(jié)構(gòu)上的焊縫分布不均勻，在其橫向收縮和縱向收縮時都會產(chǎn)生焊件的撓曲變形。在焊接筋板的短焊縫時，橫向收縮使工字梁產(chǎn)生了撓曲變形，其原因是工字梁上的小筋板均勻布置在中性軸以上，在焊接筋板與翼板之間以及筋板與腹板之間的焊縫時，產(chǎn)生的橫向收縮力均處于中性軸的上側(cè)，由此引起工字梁的下?lián)稀?/p>

2.4 扭曲變形

焊件如果裝配質(zhì)量不好、強行裝配，焊接時未放平或鋼板本身不平，焊接后易產(chǎn)生扭曲變形。焊接H型鋼一般均在專用胎具中進(jìn)行，所以產(chǎn)生扭曲變形主要是縱向焊縫的橫向收縮不均勻，或焊接順序以及方向不合理等造成的。影響扭曲變形的因素除了鋼結(jié)構(gòu)的尺寸大小之外，最主要的是鋼結(jié)構(gòu)的截面形狀。如截面封閉型的比截面不封閉型的鋼結(jié)構(gòu)抗扭剛性好。

2.5 角變形

角變形在焊接中是常見的一種變形，主要發(fā)生在堆焊、搭接接頭焊、對接接頭焊和T形接頭焊中。在堆焊時，焊縫及其周圍溫度明顯高于焊縫背面，因此，板材堆焊表面金屬受熱膨脹產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后產(chǎn)生了角變形。角變形大小與板材厚度和熔深有關(guān)。影響對接接頭角變形的因素有坡口形式、坡口角度和焊接順序等。坡口截面形狀不對稱的焊縫，其角變形較大，采用截面形狀對稱的坡口代替不對稱的坡口有利于減小角變形。坡口角度越大，填充焊縫金屬量越大，沿板厚橫向收縮量越不均勻，角變形越大。

3 鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中變形控制對策分析與研究

3.1 對于焊縫的合理選擇

為了達(dá)到減少梁或者柱等構(gòu)件撓性變形收縮量的目的，應(yīng)該盡量將焊縫置于截面中性軸或者對稱于中性軸。對于焊接方法的選擇：①為盡量減少焊接變形，所選擇的焊接方法的線能量越低越好。②在對H型鋼翼板與腹板的焊接，應(yīng)該選用埋弧自動焊。③在對不同截面積的構(gòu)件焊接中，為減少焊接變形發(fā)生及減小焊接線能量，對于小截面焊縫進(jìn)行CO2焊打底，對蓋面采用手弧焊方式。④在對H型鋼氣割成T型鋼時不能有間斷，這樣可以確保氣割過程中有相同的熱膨脹量。對于焊接順利的合理選擇：在焊接過程中，選用上下對角焊接的順序可以保持構(gòu)件的平直性，抵消焊縫所引起的撓曲變形，保證受熱均勻性以減小收縮變形量。類似的焊接順序同樣適用于筋板等多種構(gòu)件。

3.2 在焊接過程中，最普遍采用的焊接方法為反變形法

反變形焊接方法的具體步驟是：在焊接之前對于焊縫結(jié)構(gòu)的大小及位置進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估，在實際的裝配過程中對于焊縫施加一個相反的變形，用于抵消焊接變形收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，確保構(gòu)件在焊接之后的質(zhì)量要求。若不能對構(gòu)件進(jìn)行反變形法焊接，可以采用剛性固定的方法進(jìn)行焊接。即是確保構(gòu)件盡量固定的情況下對焊接變形進(jìn)行限制。

3.3 對于焊接工作，要做好焊接前，焊接中，焊接后各項檢測控制

在焊接前需要準(zhǔn)確測量構(gòu)件的中心線、長度、標(biāo)高等。在焊接過程中，需要采用合理的焊接手段及順序，隨時觀察焊接質(zhì)量，如若發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題，應(yīng)該及時的采取補救措施。焊接工作完成后，要對構(gòu)件進(jìn)行再次測量確認(rèn)，保證焊接工作的質(zhì)量。

3.4 焊接件矯正措施

第一，利用壓力機或者撐直機來糾正鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。比如，將壓力機放在變形構(gòu)件兩邊，對準(zhǔn)凸出部位慢壓，以此來矯正變形。第二，焊接施工完成后，利用高溫火焰反其道矯正變形，對焊接變形位置輸入熱量，加熱到塑性狀態(tài)，就會產(chǎn)生一定的收縮差，變形會向相反方向發(fā)生變形，以此來矯正變形。

4 結(jié)束語

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候可以對出現(xiàn)變形的問題采取不同的設(shè)計方案，同時在施工工藝和焊接管理方面都可以采取必要的措施，這樣能夠更好的對焊接變形問題進(jìn)行控制，同時，也能更好的保證施工的質(zhì)量。對鋼結(jié)構(gòu)變形影響的因素非常多，因此，在進(jìn)行焊接的時候不可避免的會出現(xiàn)變形的情況，在這種情況下采取一些措施是非常必要的。