钢结构焊接变形的成因与解决方法

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摘 要：钢结构加工制作过程中,焊接变形的影响因素比较多,如环境条件、施工材料以及各种人为因素（焊工的技能）等,而钢结构一旦出现变形问题,则会严重影响整个工程项目的施工质量,甚至会引发更为严重的后果.本文将对钢结构焊接变形的主要原因进行分析,并提出相应的预防措施与解决方法.

关 键 词：钢结构；焊接；应力集中；变形

在建筑工程施工过程中,结构较为复杂、多样的钢结构焊接工作量非常大,这为钢结构焊接过程中的变形控制工作来带了压力；同时,钢结构焊接变形会对施工质量产生不利影响、造成严重的人员伤亡,因此加强对钢结构焊接变形问题的研究,具有非常重大的现实意义.

1.钢结构焊接变形问题分析

钢结构焊接变形类型主要表现为以下几种.第一,降温型收缩变形.该种焊接变形主要是因为焊接完成后,随着温度的降低而导致金属收缩,从焊缝开始,会产生纵向的变形.第二,降温过程中,焊缝位置因金属收缩量不同而形成产角度位移,进而产生角度型变形.第二,因扭曲而形成的螺旋变形.在焊缝角位置,因钢结构纵横面分布不均匀,所以形成钢结构焊接变形.第四,错边变形.钢结构焊接人员在实际施工操作过程中,如果对钢结构加热不均匀,则钢结构构件就会产生不同程度的收缩,以致于焊缝位置的构件尺寸不相同,进而形成错边变形.第五,挠曲型变形.钢结构焊接过程中,如果焊缝位置不能产生一样的焊接变形结果,则会给人一种扭曲感,这就是挠曲型变形.第六,波浪型变形.对于钢结构而言,在焊缝位置存在着内应力,该种内应力在焊接位置会产生波浪式的表现形式.

第一,焊接过程中因温度控制不当而产生的焊接变形.从实践来看,温度是造成钢结构焊接变形的重要因素,随着温度的不断升高,当达到金属熔点时,甚不同类型的金属材料膨胀程度存在着较大的差异；在此过程中,钢结构感官上会有不协调之感,此时即产生钢结构焊接变形.当一种金属接近或者达到熔点时,该种金属会使临近的金属材料产生一定的膨胀,进行造成变形.

第二,焊接过程中因钢结构焊接顺序、施工方法不当而言产生的焊接变形.在钢结构焊接过程中,不同位置、顺序的焊接操作,可能会导致焊接变形.实践中可以看到,由于钢结构焊缝位置承载力存在着一定的差异性,因此如果先焊接承载力相对较小一些的钢结构,则大负荷会将钢结构压至扭曲、出现焊接变形现象.

第三,焊接过程中所使用的钢结构材料造成的焊接变形.对于不同的施工材料而言,它们的熔点也不仅相同.比如,温度条件相同的情况下,不同的钢结构材料膨胀程度存在着一定的差异性.然而,膨胀过大、过小,均会导致钢结构出现焊接变形现象,严重影响焊接施工质量.

第四,钢结构焊缝.在钢结构焊接过程中,总焊缝的位置在一定程度上决定着钢结构焊接变形程度.比如,在实际焊接施工过程中,不同负荷的钢结构对不同承载力金属产生的压力效果存在着较大的区别.因此,科学选择总焊缝,可以有效控制焊接变形.

2.钢结构焊接变形问题的控制方法

基于以上对当前钢结构焊接变形类型、产生的主要原因分析,笔者认为要想有效解决钢结构焊接变形问题,可从以下几个方面着手：

2.1钢结构焊接变形问题的预防

在受弯构件放样过程中,需对其采取起拱处理措施,这样可以使其在施焊后补偿焊缝收缩.在焊接下料过程中,应当依靠不断的试验,最终确定收缩余量.一般而言,不超过24米的弯构件收缩量放出5毫米为宜；超过24米的弯构件其收缩量以放出8毫米为宜.在钢结构的自重压力条件下,为了能够有效提高钢构件自身的稳定性,拼装平台必须保持平直.如果钢结构不复杂,则建议根据顺序采用一次安装的方式来完成焊接.同时,需要注意的是焊接操作要在整体装配完成后方可进行,采用角焊接法平衡焊接变形.若构件拼装时的应力、焊接变形过大,则需采用不同型号的零件,以免钢构件焊接完成后产生过大的拘束应力,进行而产生变形.在钢构件焊接施工过程中,应当控制好焊接速度、焊接顺序等,有序施工操作.

2.2钢结构焊接过程中的控制方法

钢结构焊接通常受周围环境条件的影响比较大,为有效避免环境因素对焊接施工的影响,建议在焊接处保持合适的温度,特别低温条件下的钢结构焊接操作过程中,对工艺技术手段的要求比较高.在此过程中,需对焊接流程进行严格控制.首先,焊接前的准备.①钢结构焊接前,为防止自然因素对焊接后的冷却效果的影响（比如快速的冷会导致焊接位置形成层状的裂缝）,因此应当严格控制温度变化.②焊接坡口位置需进行焊接前的检查,对坡口污物、锈蚀等进行有效清理,从而为焊接操作准备好环境条件.③焊接温度较低时,需对其采取预热处理,即利用温度仪对加热温度进行严格监控,确保焊接受热均匀.在焊接顺序、施工工艺控制过程中,主要从以下几个方面着手：

第一,焊接顺序应当科学合理.焊接顺序由内而外,自上而下；先采取单独体焊接方式,然后再进行整体焊接.焊接过程中,其顺序应当严格遵守,不可随意更改.在焊接操作过程中,要注意每一个节点的有效焊接,焊道质量应当严格控制,一旦产生变形,则需对其进行合理的处理.焊缝缺陷处理过程中,应当严格的检测,焊缝缺陷返修时同样要进行严格预热、保温处理.

第二,焊接过程中需有效减小应力集中现象的发生.①为了能够在焊缝位置有效地将收弧线引出来,焊工焊缝之前要适当地延长时间,以便于能够在焊接操作完成后将其精准的切除掉,这样就能有效的避免接头裂纹病害的产生.②焊接操作过程中,可先焊接收缩量相对较大的位置.钢结构上、下翼与腹板相交处的

融合需严格按照顺序进行,其中上翼板应当先焊接,焊厚占钢板厚度一半时,再焊接下翼板.由于下翼板的焊接操作难度较大,必须有至少两名焊工配合进行；下翼板焊接完成后,再对上翼板的剩余部分进行焊接.

第三,钢结构焊接后的有效处理.当钢结构焊接操作完成后,应当利用不同的检查工具对其进行严格检查.比如,利用放大镜等工具对焊接表面的夹渣、气孔等进行严格检查,以免产生裂纹.在此过程中,主要注意两点.一是做好保温工作.钢结构焊接完成,并经过检查,对焊缝的后温进行严格处理,以确保功率比较大的烤沿焊缝中间两侧均匀加热,通常温度应当控制在250摄氏度左右,并且距中间部位两端位置大约150毫米范围内,时间以20分钟为宜.在后温处理时,建议用石棉布扎进该位置,然后将焊接防护棚密闭,特别是温度相对较低的环境条件下,应当避免骤冷造成的变形,当整体恢复常温以后,再将防护棚撤掉.二是对焊接节点超深比例20%进行无损检测.通过该种方式,可以及时发现施工焊缝存在的缺陷和问题.尤其针对较为重要的承力节点,建议进行一个月时间的跟踪复测,以免钢板出现撕裂型变形.

2.3已变形的焊接件矫正措施

第一,利用压力机或者撑直机来纠正钢结构焊接变形.比如,将压力机放在变形构件两边,对准凸出部位慢压,以此来矫正变形.第二,焊接施工完成后,利用高温火焰反其道矫正变形,对焊接变形位置输入热量,加热到塑性状态,就会产生一定的收缩差,变形会向相反方向发生变形,以此来矫正变形.

结语：钢结构是现代建筑结构的主要形式,应用也比较普遍.在钢结构加工制作过程中,只有进行事前、事中以及事后的焊接变形预防和矫正,才能保证后续施工质量的要求.