鋼結構焊接變形的防治方法

葛大利

沈陽中辰鋼結構工程有限公司

鋼結構焊接變形的防治方法

葛大利

沈陽中辰鋼結構工程有限公司

建筑構件和結構的變形使其外形不符合設計圖紙和驗收要求，不僅影響最后裝配工序的正常進行，而且還有可能降低結構的承載能力。如已產生角變形的對接和搭接構件在受拉時將引起附加彎矩，其附加應力嚴重時可導致結構的超載破壞。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，降低企業生產成本。

建筑鋼結構；焊接變形；治理措施

焊接，是一種采用加熱、高溫或高壓的方式接合金屬的制造工藝，其原理是首先對焊件的局部區域進行加熱，最后實施冷卻凝固。在實際焊接操作中，焊件會因局部受熱不均勻產生焊接變形，導致鋼結構的載荷能力大大降低，使鋼結構的施工過程受到嚴重影響。因此，必須采取有效控制策略對鋼結構焊接變形進行控制，確保鋼結構施工質量的安全可靠性。

1 鋼結構焊接中存在的問題

1.1 焊接出現變形

焊接變形出現的原因有很多，但主要可以分為兩個方面，即人為原因和非人為原因。人為原因主要是指鋼結構焊接之前沒有做好準備工作，焊接平臺搭建不合理，焊接工件拼接存在問題等。這些因素會使得鋼結構焊接出現變形。而非人為原因主要是指焊接工件本身的原因或者操作人員無法控制的原因。比如在高溫影響下，焊接工件因為受熱不均引起的變形；或者是工件本身剛度較小而產生的受熱收縮變形。這些焊接變形的出現是材料本身在焊接過程中產生變化而發生的，想要改善這類變形就需要在明確焊接原理的基礎上，采取相應措施。

1.2 焊接發生斷裂

在鋼結構焊接過程中，還容易發生工件突然斷裂的問題。雖然說工件斷裂區域可以通過焊接過程來逐步補全，但是焊接工件的質量卻會因為斷裂區域而出現下滑，嚴重的還會直接威脅焊接成品使用中的安全性。目前，大部分學者和焊接高級技工都認為鋼結構焊接過程中發生斷裂的主要原因還是因為焊接電流不穩定、電路短路等問題。這些因素會影響到鋼結構在焊接過程中的受力分布，一旦達到一定臨界值，就很容易發生斷裂。但也有很大原因是因為材料本身性能不過關，或者是焊接設計之初就沒有尋找到合適的焊接點，使得鋼結構在焊接的時候，材料很難承受焊接的溫度變化和應力轉移，從而發生斷裂。

1.3 焊接完成開裂在

鋼結構焊接的時候，我們還會發現有些工件雖然焊接在了一起，但是完成的時候會出現突然開裂現象，或者焊接不牢固，很容易受到外力就發生分離。這種問題對于鋼結構焊接來說是非常嚴重的，如果后續檢查不仔細，直接將這些焊接成品上交，那么就會引發后續安全事故。焊后開裂的產生因素有很多，比如焊接方法不規范、焊條質量問題、操作不合格等。因此，我們必須要重視焊后開裂問題，并全方位的控制鋼結構焊接過程，從根源上避免焊后開裂的發生。

2 鋼結構焊接變形的防治方法

2.1 反變形法

預先估算結構的變形值，在施工時預先起拱。反變形法可以利用各種不同的方式實現，常用的方式是使構件反變形值與焊接產生的變形值相等，焊接完成后反變形消失。例如工字鋼截面與工字鋼截面或其他板材的對接接頭，常需要三條焊縫，即腹板的一條豎向焊縫和翼緣板的兩條水平焊縫，當完成第一條翼緣板焊縫的焊接后，所焊板材會縮短，導致另外兩個未焊接的板材已不能再貼緊，如不采用方法來防止這種變形，則無法施工。針對此種情況可以采用反彎曲法，如先焊接上翼緣對接焊縫，則使結構向上起拱，具體起拱值根據實際條件確定，上翼緣的焊接收縮可以和起拱值相抵消，這樣就不妨礙下翼緣板和腹板的焊接。

2.2 焊接變形的火焰矯正法

火焰矯正法是目前常用的控制變形方法之一，經常用于型鋼或者鋼板由于焊接收縮產生的凹凸變形等情況。其原理是，在構件變形的凸起處進行局部加熱，鋼結構由于熱脹冷縮的物理性能，會產生一定的膨脹變形，當加熱結束，鋼結構冷卻收縮，收縮后的長度比加熱前有所縮短，從而達到了矯正變形的目的。在使用火焰矯正法時，需要合理的確定加熱范圍、加熱溫度和深度。加熱溫度通常為500～800℃，火焰矯正時加熱溫度太低，矯正效果不明顯；如果加熱溫度過高，會引起金屬變脆，并降低沖擊韌性，容易放生脆斷。火焰加熱的范圍有點狀、線狀和三角形三種。其中，點狀加熱法適用于多數結構的矯正，可根據不同情況加熱一點或數點。焊件較厚，則加熱點的直徑要大，焊件較薄，加熱點直徑要小一些。線狀加熱法適用于矯正變形量大及剛性大的焊接結構。三角形加熱適用于厚度大、附性強的構件。加熱深度一般控制在鋼板厚度的40%以下。

2.3 減少焊接應力的技巧和工藝

減少焊接應力也有一些值得學習的技巧和方法，首先要注意合理選用焊縫的尺寸，其次要選用合適的焊接參數和材料，采用一定的焊接工藝，進行一定的熱處理措施，同時搭配振動時效方法減少應力。焊縫的熱脹冷縮會形成焊接應力，焊接區域小，焊接后的變形程度就會較少。我們在進行焊接時會考慮到提高金屬的抗裂性、塑性、韌性，降低一定的應力，所以我們需要選擇合適的材料進行焊接。一般情況下，為了與母材達到一致會增加錳和硅的含量。

2.4 選擇合理的拼裝方案

對于網架結構等大體積的焊接施工，為了避免整體結構發生大的變形，也為了施工方便，可以將大的結構，分解成很多個小拼單元，最后再進行總拼，形成整體結構。這樣有利于控制整體結構的焊接變形，有效的減小局部焊接變形對整體結構的影響。

總之，造成鋼結構焊接變形的原因復雜多樣，除了本身存在的問題，還可能因操作環境和技工的操作技能限制而產生變形。因此，為了更好地實現對鋼結構焊接變形的控制，需要不斷地實踐和改進，在實踐中改進控制策略，同時還需要焊工具備良好的焊接技術，以提高鋼結構焊接質量的可靠性。

[1] 凌國準.鋼結構焊接變形的成因與控制策略探討[J].軍民兩用技術與產品，2016(6)：169--169.

[2] 左定強.淺談鋼結構焊接變形控制[J].商情，2011(11)：71.

[3] 牛傳波，張彥平，陳小華，等.鋼結構焊接變形控制分析[J].建材發展導向(下半月)，2014(9)：43-43.