馮強(qiáng) 毛瑞道 宋旭峰

【摘 ?要】鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點(diǎn)處連接方式的優(yōu)劣對(duì)整體性能的影響非常大，鋼結(jié)構(gòu)破壞最薄弱的環(huán)節(jié)一般都是在節(jié)點(diǎn)連接處，而焊縫連接相較于其他連接方式效果更好，應(yīng)用也更為廣泛。焊縫連接是將兩種或兩種以上材料通過(guò)物理方式連接成一體的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)有：不削弱構(gòu)件截面，節(jié)省材料，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，而且焊接相比于其它連接方式剛度更大，密封性能更好.本文基于鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力及焊接變形控制技術(shù)展開(kāi)論述。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)焊接;殘余應(yīng)力;焊接變形;控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU758 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、適應(yīng)性強(qiáng)、建設(shè)周期短、外形豐富、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑工程的施工中。而在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中，焊接技術(shù)是非常重要的環(huán)節(jié)，尤其是低溫焊接技術(shù)，其焊接質(zhì)量的高低直接影響到鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

1鋼結(jié)構(gòu)工程焊接質(zhì)量的影響因素

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程來(lái)說(shuō)，焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的形成與工程形成過(guò)程相滲透，例如設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、驗(yàn)收等。在制造過(guò)程中，都必然要有下料、成型、焊接、打砂渣等過(guò)程。在這之中，焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量得以保證的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)質(zhì)量。而焊接質(zhì)量的把關(guān)就是檢驗(yàn)，唯有在事前、事中、事后對(duì)焊接質(zhì)量有效的控制，才能使不合格品的出現(xiàn)得以避免。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程焊接質(zhì)量來(lái)說(shuō)，其影響因素主要有四個(gè)方面：（1）人的因素。對(duì)于人的因素來(lái)說(shuō)，主要有三個(gè)方面：①質(zhì)量決策人員;②管理人員;③操作人員，他們直接決定鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接質(zhì)量。在鋼結(jié)構(gòu)工程焊接過(guò)程中，通過(guò)決策、管理、施工等相關(guān)來(lái)將活動(dòng)完成，所以，人的因素在焊接工程質(zhì)量中的作用是非常關(guān)鍵的。例如作業(yè)人員質(zhì)量意識(shí)缺失，技術(shù)水平不足，沒(méi)有按照工藝規(guī)程執(zhí)行，都會(huì)對(duì)工程焊接質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。對(duì)于決策、管理不到位，還會(huì)使工程質(zhì)量缺陷形成。（2）技術(shù)因素。對(duì)于技術(shù)因素，其覆蓋的范圍要廣一些，例如設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)等等。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程焊接質(zhì)量來(lái)說(shuō)，就是對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化，將施工工藝進(jìn)行優(yōu)后，來(lái)使工程施工技術(shù)能力提升，從而通過(guò)檢驗(yàn)技術(shù)水平的提升等來(lái)使工程焊接質(zhì)量得以保證。（3）管理因素。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程來(lái)說(shuō)，焊接質(zhì)量的管理因素有兩個(gè)：①?zèng)Q策因素;②組織因素。其中組織因素有兩個(gè)方面：①管理組織工程項(xiàng)目的實(shí)施;②工程項(xiàng)目實(shí)施的任務(wù)組織。自質(zhì)量控制視角出發(fā)，工程項(xiàng)目管理體系的健全，組織方式的合理，必然會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程焊接質(zhì)量有著直接的作用。（4）環(huán)境因素。本文所說(shuō)的環(huán)境因素，主要有三個(gè)方面：①工程地點(diǎn)的自然環(huán)境;②通風(fēng)、照明等施工條件;③不同專業(yè)、不同工程間的交叉作業(yè)形成的管理環(huán)境。

2焊接殘余應(yīng)力的控制方法

2.1熱處理消除法

熱處理是一種非常常用的殘余應(yīng)力控制方法，通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接處采取退火處理措施，提高焊接處的受熱溫度，其加熱溫度越高所需要的保溫時(shí)間也越長(zhǎng)。在熱處理的過(guò)程中，要對(duì)其加熱溫度進(jìn)行科學(xué)合理的有效控制，避免加熱溫度過(guò)高，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)焊接表面發(fā)生過(guò)度的氧化現(xiàn)象，進(jìn)而造成鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致其整體性能發(fā)生不同程度的降低。通過(guò)采取有效的退火處理措施，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的殘余應(yīng)力會(huì)因?yàn)楹附託堄鄳?yīng)力松弛而釋放出去，進(jìn)而有效消除鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的殘余應(yīng)力。局部低溫勢(shì)處理法是在靠近焊縫區(qū)域兩側(cè)的范圍進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)中部區(qū)域進(jìn)行冷卻處理，從而形成溫差。這兩區(qū)域的材料受到不同溫度影響，產(chǎn)生的不同變形相抵消，相當(dāng)于抵消了殘余應(yīng)力。另一種熱時(shí)效法的工作原理是先加熱待焊接構(gòu)件達(dá)到塑性狀態(tài)的溫度范圍并保溫。這樣操作會(huì)使應(yīng)力逐漸消除，然后將構(gòu)件冷卻。雖然此方法消除殘余應(yīng)力比較成熟且可靠效率高，但熱時(shí)效法不符合綠色節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的理念。低溫條件下鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過(guò)程中，通過(guò)選擇合理的焊材和焊接工藝，配備焊接素質(zhì)高的焊工，以及做好焊前預(yù)熱、焊后熱處理及焊后保溫，搭設(shè)保溫棚改變環(huán)境溫度等具體防護(hù)措施，可以有效避免低溫環(huán)境下焊接冷裂紋及延遲裂紋的產(chǎn)生。

2.2錘擊消除法

錘擊消除法是指通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接部位進(jìn)行錘擊處理，進(jìn)而在錘擊的外力作用下延展鋼結(jié)構(gòu)的焊接部位，這就能夠在一定的程度上抵消焊接后所產(chǎn)生的熱脹冷縮殘余應(yīng)力，進(jìn)而有效改善鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的殘余應(yīng)力狀況，提高鋼結(jié)構(gòu)的整體性能。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行錘擊時(shí)，要確保鋼結(jié)構(gòu)的焊接位置處受力均勻，避免對(duì)同一焊接位置處進(jìn)行過(guò)度的錘擊，進(jìn)而影響錘擊效果。此外，嚴(yán)禁對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接根部、蓋面焊縫以及焊縫的坡口邊緣進(jìn)行錘擊處理，避免造成不良后果。

3鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制措施

預(yù)防焊接變形，對(duì)于人為因素，可通過(guò)檢查等環(huán)節(jié)避免。焊接過(guò)程中，焊接人員應(yīng)嚴(yán)格遵循國(guó)家相應(yīng)的焊接規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，組織專門(mén)人員定期檢查已加工的工件，核實(shí)相關(guān)的工件參數(shù)，檢查工件的擺放、焊接平臺(tái)的搭建等是否合理。對(duì)于非人為因素，存在著一些不可控的成分。焊接人員要秉持特殊情況特殊對(duì)待的態(tài)度，根據(jù)焊接構(gòu)件的特點(diǎn)選擇適宜的焊接工藝，盡可能避免非人為因素導(dǎo)致的變形。最后，要在焊接過(guò)程中注意檢測(cè)工件的各項(xiàng)參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)目的。

3.1設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的焊接變形控制。

一方面在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解導(dǎo)致各類焊接變形的發(fā)生原因，以及各類焊接變形的特點(diǎn)，并據(jù)此合理選擇具體焊接形式以及焊縫尺寸，有效布置焊縫數(shù)量及其焊縫尺寸，使設(shè)計(jì)出的鋼結(jié)構(gòu)滿足焊接要求。另一方面由于焊縫數(shù)量與尺寸，與鋼結(jié)構(gòu)所受熱源成正相關(guān)，焊接變形產(chǎn)生的幾率也與之呈正相關(guān)。所以設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力狀況進(jìn)行認(rèn)真分析，嚴(yán)格控制焊縫數(shù)量與尺寸從而降低焊接變形的產(chǎn)生率。

3.2合理選擇焊縫位置

第一，該鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中，焊縫位置要與鋼結(jié)構(gòu)截面呈對(duì)稱狀態(tài)，也可使其靠近鋼結(jié)構(gòu)截面的中性軸，以有效降低鋼結(jié)構(gòu)焊接變形程度。第二，施工人員要合理選擇焊縫坡口形狀及其尺寸，避免不必要的焊縫，以促使焊縫面積有效減少，從最大程度地降低鋼結(jié)構(gòu)焊接變形程度。第三，還可采用小剛性節(jié)點(diǎn)形式，避免焊縫太過(guò)集中而出現(xiàn)雙向與三向相交現(xiàn)象，以減小焊縫應(yīng)力，防止焊縫交叉情況的出現(xiàn)。第四，設(shè)計(jì)人員不要將焊縫位置選擇在高應(yīng)力區(qū)域，以免由于應(yīng)力過(guò)大而出現(xiàn)焊接變形。第五，施工人員應(yīng)盡可能不采取仰焊操作方式，以免加大鋼結(jié)構(gòu)焊接難度從而確保鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，焊接是鋼結(jié)構(gòu)施工中常用的連接方式，焊接連接具有非常優(yōu)良的性能，能夠適應(yīng)不同工作條件的要求。但是在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程中，如果沒(méi)有對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)全面的有效控制，就可能導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和焊接部位發(fā)生變形，進(jìn)而影響到鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量。通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整個(gè)焊接過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析研究，并結(jié)合焊接的實(shí)際情況，采取有針對(duì)性的殘余應(yīng)力的控制方法和焊接變形的控制技術(shù)，從而確保鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量符合要求。

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（作者單位：中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司）