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钢结构焊接变形控制 【摘要】随着钢结构应用要求的不断提高，研究其焊接变形控制凸显出重要意义。本文首先介绍了焊接变形类型分析和原因，分析了影响钢结构焊接变形的因素。在探讨改善钢结构焊接变形措施的同时，研究了钢结构焊接变形的控制方法。 【关键词】钢结构；焊接；变形；控制； 一、前言 作为钢结构应用过程中的重要工作之一，对其焊接变形的控制在近期得到了有关方面的高度关注。该项课题的研究，将会更好地提升对其焊接变形控制的实践水平，从而有效优化钢结构应用的最终整体效果。 二、焊接变形类型分析和原因 1.焊接变形的基本类型 所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中，由于施焊电弧高温引起的变形，以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中，焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形；根据变形的不同特点则可分为：角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。在这些变形类型中，角变形和波浪变形属于局部变形，而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。 2.焊接变形产生的原因分析 钢结构刚度：刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。例如，工字钢截面和纵向桁架变形量，主要取决于其横截面面积的弦杆截面大小的部分。再如，工字型、丁字型或其他形状的型钢的弯曲变形量主要取决于截面的抗弯刚度。焊接连接缝位置和数量：当钢结构刚度不足时，在设计焊接连接缝位置和数量时，应在结构体对称安排，且焊接顺序是合理的，构件只能产生线性变形；当焊缝为不对称的安排，产生的多为弯曲变形。焊接工艺：焊接电流偏大、焊条直径较粗，使得焊接速度缓慢，可能导致焊接变形大；厚钢板焊接时，手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小；采用多层焊接工艺时，首层的焊缝收缩变形最大，第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%10%。也就是说，多层焊接的层数越多，焊接变形越明显；断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小；对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大2至4倍；焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接，很容易产生焊接变形。因此，为了防治焊接变形，在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。 三、影响钢结构焊接变形的因素 1.焊接方法及其工艺规范的影响 钢结构制造时一般的焊接方法有埋弧自动焊、手工电弧焊和CO2气体保护焊。不同的焊接方法产生的热量不同，造成的变形也不同。同一焊接方法中，由于焊接工艺规范的不同所产生的焊接变形也不同。 2.结构刚度的影响 刚性是指焊件抵抗变形的能力，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关。结构刚性越大，则阻止焊缝及其附近热变形的能力越强，焊接变形就越小。反之焊件的刚性越小，则焊接变形就越大。在钢结构刚度较小时，焊接接缝成对称分布，在施焊程序步骤正确合理的情况下，只会产生线性缩短变形；当焊接接缝不对称分布，焊缝收缩与重心之间有距离使截面向上弯曲会产生弯曲变形；在施焊程序合理的情况下，焊缝截面中心与接头截面中心在同一方位上，只产生线性缩短；焊缝截面中心偏离接头截面中心时会产生角变形。 3.装配-焊接顺序的影响 焊接时尽量采用对称焊接；焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧。特别是对于焊缝较多的构件的焊接，合理选择焊接顺序，能够有效减少焊接变形，可以使多次焊接的变形相互抵消。 四、改善钢结构焊接变形的措施 1.对人的控制 首先，对焊接人员、无损检测人员的资格及能力进行鉴定，包括检查资格证书是否有效，检查资格证书所注明的允许操作范围，是否与目前即将开始的工程要求相一致；其次，进行必要的技术培训，比如，为确保施工质量，参加本次焊接施工的焊工全部按照相关的建筑钢结构焊接规程进行工作。 2.对设备的控制 在具体的施工前，相关人员一定要对相关设备预先鉴定和检查，比如焊接设备预先的鉴定与检查就包括：焊机的型号是否与焊接工艺要求匹配；焊接的电流、电压是否稳定；焊机电流的调整效果；焊机上的监测仪表是否有效等。对无损检测设备的鉴定与检查内容主要有：设备能力是否与焊件检测的要求相匹配、设备运转是否正常等。 3.对设计的控制 焊缝位置应避开高应力区：焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊缝裂纹；焊缝位置应对称于构件截面的中性轴：焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果；尽量减少焊缝的数量、尺寸：钢结构中焊缝数量越多、尺寸越大，焊接热源对结构的热输入就越大，产生的焊接变形也就越大。因此在设计钢结构节点构造时，应力求减少焊缝数量和尺寸；采用刚性较小的节点形式，避免焊缝集中和双向、三向相交：这样可减小焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力，从而减小焊接变形；便于焊接操作，避免在仰焊位置施焊：在建筑钢结构加工制作时，应尽量避免将焊缝置于仰焊位置施焊，以利于操作和保证焊接质量。无法避免时，应要求焊工掌握全位置焊接的操作技能；不同的建筑钢结构节点形式，对焊缝设置：应有不同的要求。 五、钢结构焊接变形的控制方法分析 1.设计上的钢结构焊接变形控制分析 钢结构由于本身固有的属性，有着成材后不易修复的特点。如果钢材料在设计过程中就存在不足和缺陷，那么焊接变形便会不可避免。而这时的误差只能依靠人工修复，如果设计存在严重缺陷，那么钢材料只能回炉从造了。设计上的缺失会导致钢材料在焊接变形中的不可控制，而合理科学的设计则会大大降低焊接的难度，将焊接过程中的变形减少到最低。 2.施工过程中的焊接变形控制分析 在钢材料的施工和焊接过程中，焊缝的不同形式和节点的不同构造是钢材料焊接施工的依据。对于焊缝要以对称焊接的方法进行施工。而不对称焊缝则需先对焊缝较少的一侧优先焊接，然后再进行另一侧的施工。在焊接后所产生的变形角度，可以通过焊接前的反变形方法对其进行合理的控制。而遇到T形接头板厚度相对较大时，通常情况下我们采用开坡口角进行焊缝对接。 3.热处理措施 当钢材料直接作用在高温下时，采取合理的热处理措施既能消除变形和应力，又能防止产生变形时的裂纹。而普遍采用的方法是在焊接时采用预热以及厚板下料的方法。对钢材料焊接预热时会有效降低热影响区和焊接金属的常规冷却速度，抑制淬硬组织马氏体的形成，从而减少了焊缝产生的较大应力，也避免了气割边缘。热处理的措施是控制钢结构焊接变形的重要方法之一，国内虽然早有应用，但由于专业和细节的不过关与不到位，总体上讲，收效不大，故而培训合格的专业技术人员，做好优质的质检工作便十分紧迫了。 六、结束语 通过对钢结构焊接变形控制的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对其多项影响环节与因素的充分掌控，有关人员应该从钢结构焊接过程的客观实际情况出发，研究制定最为优化可行的焊接变形控制实施策略。 参考文献： 1 王红兵，黄正东.钢结构焊接变形的成因及矫正方法J.建筑.2010（08）：52-54. 2 陈柏新，朱德根.有关建筑钢结构焊接工艺评定和裂纹的探讨J.中国建筑金属结构.2010（07）：48-51. 3 孙少忠.建筑钢结构焊接技术的发展现状研究J.焊接.2012（05）：1-7.