鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的防治方法

葛大利

沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的防治方法

葛大利

沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司

建筑構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的變形使其外形不符合設(shè)計(jì)圖紙和驗(yàn)收要求，不僅影響最后裝配工序的正常進(jìn)行，而且還有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力。如已產(chǎn)生角變形的對接和搭接構(gòu)件在受拉時(shí)將引起附加彎矩，其附加應(yīng)力嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的超載破壞。有鑒于此，必須對焊接變形不同類型和原因進(jìn)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(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

建筑鋼結(jié)構(gòu)；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(qū)域進(jìn)行加熱，最后實(shí)施冷卻凝固。在實(shí)際焊接操作中，焊件會因局部受熱不均勻產(chǎn)生焊接變形，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的載荷能力大大降低，使鋼結(jié)構(gòu)的施工過程受到嚴(yán)重影響。因此，必須采取有效控制策略對鋼結(jié)構(gòu)焊接變形進(jìn)行控制，確保鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的安全可靠性。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接中存在的問題

1.1 焊接出現(xiàn)變形

焊接變形出現(xiàn)的原因有很多，但主要可以分為兩個(gè)方面，即人為原因和非人為原因。人為原因主要是指鋼結(jié)構(gòu)焊接之前沒有做好準(zhǔn)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(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)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?yàn)槭軣岵痪鸬淖冃危换蛘呤枪ぜ旧韯偠容^小而產(chǎn)生的受熱收縮變形。這些焊接變形的出現(xiàn)是材料本身在焊接過程中產(chǎn)生變化而發(fā)生的，想要改善這類變形就需要在明確焊接原理的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)措施。

1.2 焊接發(fā)生斷裂

在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，還容易發(fā)生工件突然斷裂的問題。雖然說工件斷裂區(qū)域可以通過焊接過程來逐步補(bǔ)全，但是焊接工件的質(zhì)量卻會因?yàn)閿嗔褏^(qū)域而出現(xiàn)下滑，嚴(yán)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(xué)者和焊接高級技工都認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中發(fā)生斷裂的主要原因還是因?yàn)楹附与娏鞑环€(wěn)定、電路短路等問題。這些因素會影響到鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中的受力分布，一旦達(dá)到一定臨界值，就很容易發(fā)生斷裂。但也有很大原因是因?yàn)椴牧媳旧硇阅懿贿^關(guān)，或者是焊接設(shè)計(jì)之初就沒有尋找到合適的焊接點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)在焊接的時(shí)候，材料很難承受焊接的溫度變化和應(yīng)力轉(zhuǎn)移，從而發(fā)生斷裂。

1.3 焊接完成開裂在

鋼結(jié)構(gòu)焊接的時(shí)候，我們還會發(fā)現(xiàn)有些工件雖然焊接在了一起，但是完成的時(shí)候會出現(xiàn)突然開裂現(xiàn)象，或者焊接不牢固，很容易受到外力就發(fā)生分離。這種問題對于鋼結(jié)構(gòu)焊接來說是非常嚴(yán)重的，如果后續(xù)檢查不仔細(xì)，直接將這些焊接成品上交，那么就會引發(fā)后續(xù)安全事故。焊后開裂的產(chǎn)生因素有很多，比如焊接方法不規(guī)范、焊條質(zhì)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(jié)構(gòu)焊接過程，從根源上避免焊后開裂的發(fā)生。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的防治方法

2.1 反變形法

預(yù)先估算結(jié)構(gòu)的變形值，在施工時(shí)預(yù)先起拱。反變形法可以利用各種不同的方式實(shí)現(xiàn)，常用的方式是使構(gòu)件反變形值與焊接產(chǎn)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(dāng)完成第一條翼緣板焊縫的焊接后，所焊板材會縮短，導(dǎo)致另外兩個(gè)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(jié)構(gòu)向上起拱，具體起拱值根據(jù)實(shí)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(jīng)常用于型鋼或者鋼板由于焊接收縮產(chǎn)生的凹凸變形等情況。其原理是，在構(gòu)件變形的凸起處進(jìn)行局部加熱，鋼結(jié)構(gòu)由于熱脹冷縮的物理性能，會產(chǎn)生一定的膨脹變形，當(dāng)加熱結(jié)束，鋼結(jié)構(gòu)冷卻收縮，收縮后的長度比加熱前有所縮短，從而達(dá)到了矯正變形的目的。在使用火焰矯正法時(shí)，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(shí)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(diǎn)狀、線狀和三角形三種。其中，點(diǎn)狀加熱法適用于多數(shù)結(jié)構(gòu)的矯正，可根據(jù)不同情況加熱一點(diǎn)或數(shù)點(diǎn)。焊件較厚，則加熱點(diǎn)的直徑要大，焊件較薄，加熱點(diǎn)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(jié)構(gòu)。三角形加熱適用于厚度大、附性強(qiáng)的構(gòu)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(yīng)力的技巧和工藝

減少焊接應(yīng)力也有一些值得學(xué)習(xí)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(shù)和材料，采用一定的焊接工藝，進(jìn)行一定的熱處理措施，同時(shí)搭配振動時(shí)效方法減少應(yīng)力。焊縫的熱脹冷縮會形成焊接應(yīng)力，焊接區(qū)域小，焊接后的變形程度就會較少。我們在進(jìn)行焊接時(shí)會考慮到提高金屬的抗裂性、塑性、韌性，降低一定的應(yīng)力，所以我們需要選擇合適的材料進(jìn)行焊接。一般情況下，為了與母材達(dá)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)等大體積的焊接施工，為了避免整體結(jié)構(gòu)發(fā)生大的變形，也為了施工方便，可以將大的結(jié)構(gòu)，分解成很多個(gè)小拼單元，最后再進(jìn)行總拼，形成整體結(jié)構(gòu)。這樣有利于控制整體結(jié)構(gòu)的焊接變形，有效的減小局部焊接變形對整體結(jié)構(gòu)的影響。

總之，造成鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因復(fù)雜多樣，除了本身存在的問題，還可能因操作環(huán)境和技工的操作技能限制而產(chǎn)生變形。因此，為了更好地實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制，需要不斷地實(shí)踐和改進(jìn)，在實(shí)踐中改進(jìn)控制策略，同時(shí)還需要焊工具備良好的焊接技術(shù)，以提高鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的可靠性。

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[2] 左定強(qiáng).淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制[J].商情，2011(11)：71.

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