鋼結構焊接質量的控制及其工藝設計

摘 要：焊接工序，是鋼結構安裝生產、結構制造的一道非常關鍵的程序，必須保證鋼結構的質量體系認證，使鋼結構的制造安裝從工藝制定、工裝設計、材料采購、焊接、資源配置等條件，都在受控的情況下進行，從而保證鋼結構的安裝制造的質量，也確保設備的可靠安全運行。

關鍵詞：焊接；質量；控制

焊接工藝是整個鋼結構的制造、安裝過程中最為重要的程序，其中質量的好與壞，將直接影響鋼結構設備安全運行的效率；尤其是水工鋼結構的安裝，現場安裝的影響因素太多了：比如陰暗潮濕、可作業范圍小、管理難度大等一些列問題。焊接變形也是影響焊接的安全可靠性、結構性能和制造工藝的主要因素。在不同條件下產生的裂紋等缺陷，造成對結構的疲勞強度、斷裂特性等，都有不利的影響。因此，掌握焊接變形的特性和焊接質量的控制，對于鋼結構的性能起到決定性的作用。

1 鋼結構的獨到之處

1.1 雖然鋼的密度都很大，但是極高的強度，影響的所需要的橫截面的面積較小。因為鋼結構的容量和強度的比值很小，所以便于運輸和安裝。

1.2 抗振性和抗沖擊性的優點。極高的強度就造就了鋼具有很好的韌性和塑性，所以鋼材本身的抗沖擊性和抗振性都比普通的材料高很多。

1.3 根據施工環境的不同，很容易將鋼板做成密封的結構狀態。

1.4 因為鋼結構的制造所要求的工藝和機械都是相當高的，從而具備了一定的高精度和成批生產的特點。從目前市場來看，是工業化程度最高、速度最快的一種。

2 致命的缺點

2.1 鋼結構極其容易被腐蝕。尤其是在水下施工的時候，容易腐蝕的缺點就非常突出。為了防止被腐蝕，在制造初期需要除銹和涂抹防銹漆進行維護，而且建成后還需要維護。

2.2 耐火性很差。鋼材雖然在200℃以內強度變化很小，但是一旦高于300℃，鋼的強度就會直線下降。

3 焊接變形的重要

焊接變形可以分為兩種，一種是室溫條件下的殘余變形，還有一種就是瞬態熱變形。焊接的質量直接影響鋼結構的質量，所以它的影響因素值得我們重視。

3.1 材料的影響。材料的選取對于焊接變形有著很大的影響。材料中的力學性能參數和熱物理性能參數，都對焊接變形的生產有著重要的影響。從力學性能方面來講，對于焊接變形的影響，是比較復雜的。因為熱膨脹系數不斷的增大，影響的焊接變形也就相應增大。從熱物理性能參數的角度來看，主要體現在熱傳導的系數方面。一般來講，熱傳導的數值較小時，溫度梯度的數值救護較大，對焊接變形的效果的影響也越明顯。與此同時，材料在高溫區的彈性模量、屈服極限、溫度的變化率這些因素的作用也非常明顯。隨著彈性模量的減小，焊接變形會反之增大。可是較高的屈服極限會影響較高的殘余應力，焊接結構的變形能量也會因此不斷的加大，成為脆性斷裂的最主要原因。

3.2 結構的影響。對于焊接變形的影響最為關鍵的是結構的設計問題。合理的結構設計可以省去很多麻煩，所以這個因素相對來說，也非常復雜。鋼結構在焊接的過程中，結構本身的拘束度是不停地變化著的，不但要受到本身拘束的影響，還要受到外加拘束的限制。一般情況下，鋼結構本身的拘束作用在整個焊接的過程中，是占據著主導地位的。在焊接的時候，因為會出現各種各樣的意外，為了穩定和安全起見，一般都采用加強板和筋板提高鋼結構的剛性和穩定性。這樣做的缺點是：增加了加強板和筋板，相應的就增加了焊接的工作量，而且在一些特定的區域，因為加強板和筋板的因素，會使得鋼結構的拘束度增大，給焊接工作也帶來了相當大的難度。因此，在鋼結構設計的時候，對加強板和筋板的位置進行科學有效的優化，可以減少焊接變形的影響因素。

3.3 工藝的影響。焊接工藝的精良直接影響焊接變形。它的影響在多個方面都有體現。比如焊接時需要輸入的電壓量、點流量，鋼結構構件的固定方法、鋼結構構件的焊接順序、焊接的胎架等。在復雜多樣的工藝因素中，焊接變形的有一個重大影響因素就是焊接順序的改變。通常來說，焊接順序的改變，殘余應力的狀態和分布范圍也在隨著改變。在某種程度上，減少了焊接的變形。多層焊和焊接工藝的參數，也是焊接變形效果影響。焊接工作者在日積月累的研究中得出：利用特殊的方法和專業的工藝步驟，可以減少焊接變形和殘余應力，依次來改善殘余應力的分布狀態。

4 全面有效的控制

4.1 合理的形式和尺寸。焊接尺寸的大小差異，直接影響了焊接變形和焊接工作量的大小。焊接的尺寸越大，那么焊接的工作量也就越大，所對應的焊接變形也隨之越大。所以，在結構承載能力允許的情況下，設計的時候應該采用相對較小的焊接尺寸。對于承受力較大的十字接頭和丁字接頭，在保證一樣的強度前提下，采用的開坡口的焊接縫隙允許比一般角的焊接縫隙減少定量的焊接縫隙所使用的金屬，有利于減小變形的力量。

4.2 焊縫的合理定位。在設計焊接結構的時候，安排焊接縫隙的時候，盡量與截面中性軸對稱，或者使焊接縫隙盡量接近中性軸。這樣的做法，對于減少柱、梁等結構的扭曲變形，有著很好的效果。

4.3 規避多余的焊縫。在設計焊接結構的時候，應該合理的選擇排版的位置，適當的選擇筋板的形狀，爭取減少焊接縫隙的數量，規避不必要的焊接縫隙，從這個方面減少焊接的變形。

4.4 焊接前的預防工作。焊接前的預防措施主要包括預拉伸法、預防變形法這兩種。預拉伸法多用于薄板的平面構件。焊接的時候，在薄板有預先熱膨脹量和預張力的情況下操作完成的。焊接之后，去除加熱，可以使薄板恢復到原始的狀態，焊接的殘余應力得到有效的降低，也達到控制焊接變形的目的。不一樣的預熱溫度，影響的降低殘余應力的作用效果也是不同的。當預熱的溫度為200℃的時候，鋼結構中的殘余應力水平降低了15%～25%。預熱的溫度在300℃～400℃之間的時候，鋼結構中的殘余應力水平降低了35%～55%左右。預變形法主要是根據焊接變形的方向和大小，在焊接需要的工件裝配時，造成的與殘余應力的變形的影響。焊接后的殘余應力抵消了預防變形法的量，使得構件可以達到設計所要求的尺寸和形狀。

4.5 進行中的預防。焊接過程中采用的預防措施就是利用規范化的參數，科學的焊接方法，然后選擇最適合的焊接順序，采用隨焊碾壓、兩側加熱等有效措施。選擇線能量相對較低的焊接方法和規范參數，可以控制焊接的變形。隨焊碾壓、兩側加熱等措施都可以有效的降低殘余應力和焊接變形。

4.6 正確的順序。焊接順序對于焊接殘余應力的影響也是非常明顯的。在采用不一樣的順序時，相應的也就改變了殘余應力的分布。但是針對殘余應力的總值來說，影響沒有那么明顯。但同時這個方法對于控制焊接變形起到很大的作用，尤其是在多道焊接的運用下，彰顯的影響力更為明顯。

5 結束語

綜上所述，影響鋼結構的焊接質量因素有很多，我們需要從根基上出發，一步一步把關和操控，研究新的工藝，才能提高和有效的控制焊接質量的水平。

參考文獻

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