鋼結構焊接變形的基本形式及控制矯正探討

閆亞東

(陜西現代公路機械工程有限公司，陜西 西安 710043)

一 焊接變形的基本形式

焊接的實質就是將熱量分布在焊件上的過程，且熱量分布呈現不均勻的特點，這種不均勻致使鋼結構在焊接前、后都會產生一定量的變形［1］。可見，焊接是剛結構變形的主要因素之一。焊接變形主要有以下幾類基本形式。

1.縱向變形

在焊接結束后，鋼材進行冷卻時，之前焊接過熱的位置，熔融焊絲聚集的量較多，在冷卻時其收縮量也較大，沿著縱向的收縮便使鋼結構產生縱向的變形。

2.橫向變形

受熱不均是板材產生橫向變形的主要原因，由于板材在焊接過程中，每個部分承受的熱量均不相同，且焊接的過程也各不相同，所以，在焊接結束后，板材進行冷卻收縮時，其在橫向的收縮力并非均勻分布，這樣橫向變形便產生了。

3.彎曲變形

彎曲變形在焊接過程中較為常見，它對鋼結構產生較大的負面影響。鋼材不管是縱向抑或是橫向變形，都會產生一定的彎曲變形。即使是相對比較穩定的T型梁，當梁的翼緣板與腹板厚度反差過大時(翼緣板過厚，腹板過薄)，此時，也會產生彎曲變形［2］。

4.角變形

當對厚板進行焊接單面焊接時，焊接這面具有較高的溫度，與另一面形成較大的溫度差，在焊接完成后進行冷卻時，焊接這面便會產生較大的收縮力。加熱的一面在橫向方向的收縮，就會引起一定角度的變形。

5.波浪變形

在對薄板進行焊接時，在焊接完成冷卻的過程中，各焊接位置會產生一定的殘余應力，當產生較大的應力時，薄板就是不堪重負，在應力的作用下產生波浪變形。

6.扭曲變形

在焊接過程中，如果焊接的橫斷面產生扭轉現象時，在冷卻后，極易出現扭曲變形。導致扭曲變形的因素較多，且形成過程較為復雜，此處不再贅述。

二 鋼結構焊接變形的控制措施

1.設計合理的焊縫

在鋼結構中，連接是較為關鍵的一個工序，連接部分的承載能力應大于等于整個鋼結構的承載能力，即焊縫的強度要略大于鋼材的強度［3］。在對焊縫進行設計時，如果焊縫承受較大的載荷，則焊縫的設計強度應加大;焊縫的尺寸也不應設計得過長，過長的焊縫變形的可能性就愈大，也增大了后續矯正的工作量;對T型接頭進行焊縫設計時，焊接應設計為開坡口雙面焊，以保證構件的強度。在對焊縫進行設計時，還要考慮到焊縫的總體布局，以減少整個鋼結構的變形量，對焊縫的布局進行優化，應遵循以下原則：焊縫設置對于整個鋼結構來說應對稱，焊縫長度應適中，且焊縫分布應分散開來，平行的焊縫之前要間隔一定的距離。

2.合理的裝配和焊接順序

在對鋼結構進行裝配時，應制定合理的裝配順序。在裝配之前時，應準備一個水平的平臺，以保證構件在平直的狀態下進行施工。對于較小的鋼結構來說，一次裝配就可以完成，然后再進行實施焊接工序;對于較大的鋼結構，應先將小件拼接、焊接之后，再進行總體裝配、焊接。在拼裝時，如果外力過大時，不可進行強制性的組對，以避免焊件產生變形。

在對構件進行焊接時，焊接順序的制定也應遵循一定的原則。在焊接時，后面焊接的部分較之優先焊接的部分變形要小些。因此，在進行對稱的構件焊接時，應先把構件拼裝好，然后再由2名焊工同時對稱實施焊接。如果焊縫分布不對稱，則要先焊接焊縫少的一面，后焊焊縫較多的一面，這樣一來，焊接的變形就會大大改善。

3.選擇合理的焊接工藝

在焊接時產生的能量愈小，構件的變形就愈不明顯。因此，在焊接時，應盡量選取小焊條、實施多層焊接，焊接電流以及焊接速度要進行適當選取。在進行焊接時，應遵循先短后長、先立角后平角、先對接后角接的原則。對于較長的焊縫，為了減少加熱變形的問題，可以采取間斷焊的方法，在進行操作時，應讓水平較好的焊工實施焊接，以避免產生焊接缺陷，保證鋼結構的整體質量。

三 鋼結構焊接變形后的矯正

鋼結構焊接的變形問題如影隨形，避無可避，變形較小時，有時可以忽略不計，但變形超過要求范圍時，應采取一定的措施進行矯正，機械矯正和火焰矯正是當前比較常用的矯正方法。

1.機械矯正

機械矯正是將構件收縮變形的部分靠外力敲打的方式進行矯正，使構件恢復之前的形態。機械矯正的方法具有投入少、且高效的特點，在工業上通常使用較大噸位的壓力機進行矯正。如果變形不甚嚴重，也可用錘子進行敲擊矯正。如果構件變形是由于焊縫收縮而引生的，則可以用錘子對焊縫的位置進行敲打，在敲擊力量的作用下，焊縫會變得平展，改善之前收縮的形態。機械矯正法適用于塑性比較好的鋼材，如果鋼材比較容易脆斷，則在敲擊力的作用下，會使構件產生損壞。

2.火焰矯正法

火焰矯正與焊接的原理相同，都是利用加熱的方式使構件的形態發生變化，焊接是引起變形，而火焰矯正便是對變形進行改善。從加熱溫度的角度對火焰矯正法進行分類，可分為以下3種類型：500℃ ～600℃的低溫矯正、600℃ ～700℃的中溫矯正以及700℃ ～800℃的高溫矯正。矯正溫度的選擇應立足于鋼結構的實際情況。對于鋼結構橫梁產生向上的彎曲變形的情況，應選擇低溫矯正;對縱向長焊縫變形的情況，應采取兩端加熱的方法，以減小焊接產生的殘余應力，使彎曲變形得到有效改善。

四 結論

綜上所述，在對鋼結構進行焊接時，應對焊縫進行合理設計，制定科學的焊接順序和焊接工藝，為改善鋼結構的焊接質量提供保證。

［1］潘可明，紀榮洋.鋼結構焊接變形的原因及校正［J］.科技致富向導，2011，(14)：136.

［2］王紅兵，黃正東.鋼結構焊接變形的成因及矯正方法［J］.建筑，2010(08)：52-54.

［3］歐陽成渝，王文海.淺談控制鋼結構焊接變形［J］.甘肅科技，2011，27(18)：152-153.