鋼結構焊接變形防治方法

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作為鋼結構制作和連接的主要技術，焊接已經被廣泛應用于鋼結構的制作和安裝工藝之中。然而，焊接中產生的變形問題不僅影響了鋼結構的外觀和使用性能，如果嚴重的話甚至會導致焊件報廢，給企業(yè)造成直接經濟損失。特別是在大型鋼結構件的焊接作業(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效率和鋼結構工程質量，降低企業(yè)生產成本。

　　1 焊接變形的基本類型分析和原因分析

　　焊接變形的基本類型。所謂焊接變形是指鋼結構在焊接過程中，由于施焊電弧高溫引起的變形，以及焊接完成后在構件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類變形中，焊接殘余變形是影響焊接質量的主要因素，也是破壞性最強的變形類型。焊接殘余變形對結構的不同層次的影響分為整體變形和局部變形；根據變形的不同特點則可分為：角變形、彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯邊變形。在這些變形類型中，角變形和波浪變形屬于局部變形，而其他類型的變形屬于整體變形。鋼結構發(fā)生較多的變形類型是整體變形。

　?、诤附幼冃萎a生的原因分析。鋼結構剛度：剛度是指結構體對拉伸方向和彎曲變形的抵抗能力。鋼結構的剛度主要取決于結構截面形狀和尺寸的大小。例如，工字鋼截面和縱向桁架變形量，主要取決于其橫截面面積的弦桿截面大小的部分。再如，工字型、丁字型或其他形狀的型鋼的彎曲變形量主要取決于截面的抗彎剛度。焊接連接縫位置和數(shù)量：當鋼結構剛度不足時，在設計焊接連接縫位置和數(shù)量時，應在結構體對稱安排，且焊接順序是合理的，構件只能產生線性變形;當焊縫為不對稱的安排，產生的多為彎曲變形。焊接工藝：焊接電流偏大、焊條直徑較粗，使得焊接速度緩慢，可能導致焊接變形大;厚鋼板焊接時，手工焊接方法比自動焊接方法引起的變形量較?。徊捎枚鄬雍附庸に嚂r，首層的焊縫收縮變形最大，第二和第三層焊接變形量分別是首層的20％和5％?10％。也就是說，多層焊接的層數(shù)越多，焊接變形越明顯；斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量??；對接式焊縫的橫向收縮變形量比縱向收縮變形量大2至4倍;焊接順序不當或在沒有焊接妥當分部構件時就進行整體組裝焊接，很容易產生焊接變形。因此，為了防治焊接變形，在焊接施工過程中必須制訂合理的工藝措施。

　　2 鋼結構焊接變形防治

　　2.1 焊接節(jié)點構造設計

　?、倏刂坪缚p的數(shù)量和大小。鋼結構焊縫數(shù)量多、尺寸大，焊接時的熱輸入量也越多，造成的焊接變形也更大。因此，在鋼結構焊接節(jié)點構造設計時，應設法控制焊縫的數(shù)量和大小，盡可能減少焊接變形。②根據焊接工藝選擇適合的焊縫坡口的形狀和尺寸。對焊縫坡口形成與大小合理的選擇應能夠確保鋼結構整體的承載能力充分。適當?shù)钠驴谛螤詈痛笮?，可以通過減少截面積，進一步減少結構的焊接變形量。③焊接節(jié)點的位置應處于構件截面的對稱處。結構中性軸焊接節(jié)點的位置應盡可能在構件截面的中性軸對稱位置，或盡量接近中性軸，同時應避免在高應力區(qū)。④對于節(jié)點形式的選擇，應選用的剛性小的節(jié)點形式。節(jié)點應避免在雙向、三向交叉處，這樣避免由于焊縫集中而導致的高溫和焊縫應力集中，從而減少焊接變形。

　　2.2 工藝措施

　?、俳M裝和焊接順序。鋼結構的制作、組裝應該在一個標準的水平面上進行。該平臺應確保所受的自重壓力的程度足夠大，不會出現(xiàn)鋼構件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象，以滿足構件組裝的基本要求。在焊接小型構件時可一次完成，即在焊接固定好位置后，用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結構組裝與焊接需要先將小件組焊接完畢，然后再進行最后的組裝和焊接。在進行部件組裝時，為了防止組裝過程中產生過度的應力和變形，應該使不同型號的零配件符合構件規(guī)定的規(guī)格、形狀大小和樣板的要求，并且組裝時不能有較大外力強制拼裝，以防止零部件過度焊接應力和較大約束力帶來的變形。此外，組裝與焊接過程中應使焊接接頭熱量均勻，消除應力并減少變形；焊縫應做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和T形貼角的尺寸無誤，且形式、大小應與構件的設計和焊接規(guī)范一致。

　　②反變形。由于在冷卻過程焊縫會產生收縮反應，結果使得減少了工件焊接后的尺寸。針對這個問題，為了彌補熱脹冷縮帶來的變形，在大型構件焊接時常用反變形的方法。反變形方法是在進行焊接前使構件預先發(fā)生變形，使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。例如，為了防止工字鋼梁上下蓋板的焊接角變形，可以在焊前用油壓機或折邊機在相反方向預先壓彎蓋板。

　?、酆讣A具。大型結構件在焊接接頭時各個工件和零件在自重和焊接應力的作用下，要想使其位置固定是比較困難的。所以，每件焊接工件和零件除了要用焊接平臺固定位置外，還需要用到焊件夾具有效地夾緊，以便防止工件發(fā)生變形。

　　3 結語

　　在大多數(shù)的情況下，通過采取適當?shù)暮附庸?jié)點構造設計措施和技術措施，可以有效地控制鋼結構的焊接變形，以達到確保工程質量的目的。但由于材料、結構以及焊接施工現(xiàn)場環(huán)境等因素的復雜多變,還應該在實踐中不斷總結和積累焊接經驗,提高控制焊接應力和焊接變形技術水平。

　　參考文獻：

　　[1]鄧文英.金屬工藝學.北京：高等教育出版社，2003。

　　[2]王國凡.鋼結構焊接制造[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004。