鋼結構件制作焊接變形的控制探究

東麗娜

摘 要：焊接屬于鋼結構的主要制作方式，但是因為焊接容易發生變形，會嚴重影響結構的構件質量，所以如何通過焊接變形規律對結構變形的問題進行處理，逐漸成為鋼結構的制作難點與重點。本文分析了鋼結構發生變形的主要原因，并提出了有效的控制措施，以期對鋼結構的變形問題進行控制。

關鍵詞：鋼結構；焊接變形；控制對策

1 影響焊接發生變形的主要因素

1.1 工藝因素

通常情況下，焊接工藝對焊接的變形影響有很多方面，如夾具應用、焊接的方法、焊接的工裝、焊接的熱輸入量與構件固定的方式等。而在多種工藝因素中，影響最嚴重的就是焊接的順序，通過改變焊接順序，就能改變殘余應力狀態以及分布情況 [1]。

1.2 材料因素

材料對焊接變形的影響，既與焊接材料密切相關，又與母材相關，其中材料力學性能和熱物理的性能參數都會影響焊接變形生產的過程。熱物理的性能參數影響一般在熱傳導的系數方面有所呈現，熱傳導的系數愈小，其溫度梯度就會愈大，導致焊接變形顯著；而力學的性能對焊接變形的影響相對復雜，主要體現在熱膨脹系數方面，熱膨脹的系數加大，焊接變形就會增加。

1.3 結構因素

焊接結構設計對焊接的變形影響較為關鍵，并且相對復雜。總體的原則是拘束度增加，會導致殘余的焊接應力隨之增加，減少焊接變形，如果拘束度出現較大變化，就會加大鋼結構構件的焊接變形控制和分析難度。

2 控制鋼結構焊接變形的主要措施

2.1 防止工字梁焊接變形的方式

防止工字梁焊接變形的主要措施是對收縮量進行預留，選取表面平直與合格材質的鋼板料，在下料時需要對鋼接受的收縮余量進行考慮，盡可能反變形。在大批量地制作與生產工字梁時，一般不會使用反變形，但在小批量的生產中使用反變形可以將變形減小，避免發生角變形的情況。此外，由于工字梁焊接長度比較長，工藝好壞會直接決定工字梁變形與焊縫的發生情況。在使用二氧化碳進行焊接時，一般使用逆向對稱分段焊接的方式，將焊縫分成各個小段，每段長度為200～300mm，并且每一小段焊都和總焊接的方向相背，同時選擇水平相近與技術比較好的四個焊工一起施焊，減小變形。而在使用自動化埋弧的焊接方式時，首先要對下翼板二條角的焊縫施焊，然后焊好上翼板的角焊縫，確保焊接方向的一致性；進行多道焊時，要根據實際情況進行測量，便于下一次焊接[2]。

2.2 制作大型鋼板的拼接梁

通常大型鋼板的拼接梁是指焊成的工字梁型結構，并且比較長，一些較長大梁的變形需要充分考慮扭曲變形與長度方向變形。為確保產品的質量，需要嚴格控制焊接質量。

第一，下料。一般大量拼版均是使用數控的火焰進行切割與下料，因為在切割板時切線的實際溫度可以達到1500℃，割線以外則是室溫，這種大溫差易發生形變，尤其是銑面加工下料，若不及時處理，在下料組對以后就會出現上弓或者下撓的情況。這就需要將板料置于下料的平臺上，再將板材位置找正，實施預熱，以防出現變形。

第二，組對。在組裝時，首先要對電焊機的電壓與電流等參數進行調節，將平臺上的飛濺物與熔渣徹底清除，將件9置于焊接的平臺上，然后根據圖紙將件10焊接到件9上，在點焊結束后需要通過寬座角尺對件9與件10的角度進行測量，確保二者互相垂直后才可以加固；根據圖紙對件2實施組焊，保證件2、件9與件10互相垂直；其他組件的焊接也要用同樣的方式，如圖1所示。

第三，工字梁的焊接。為方便區分焊縫的位置，需在主視圖焊縫上標字母，同時根據順序進行焊接。首先對較長的焊縫進行焊接，用同樣的方式對其他焊縫進行焊接。而在實際生產的過程中，工字梁的加工比較大，導致加工過程中容易出現變形，嚴重者還會損害工字梁的加工質量。因此，在焊接過程中需要嚴格根據特定的尺寸規格進行焊接，通過T型的接頭將兩塊腹板以及翼板合為一體。

2.3 沒有加強筋的工字梁焊接

在工字梁制作過程中，容易出現彎曲變形、局部變形與扭曲變形等，其中局部的變形主要是指翼板上角的變形，且焊接接頭的形式存在差異，角變形特點也會存在差異。工字梁焊接經常會以T型接頭形式產生，通常T型接頭的角變形包含水平版角變形以及水平板回轉兩個部分，并且角變形的大小和焊件的鋼性與焊接規范密切相關，因此在工字梁的焊接過程中，需要對板材的剛性進行合理地加強。而對于部分要求比較特殊的工字梁，需要使用反變形方式，同時對反變形量進行預留，若不是標準的構件，需使用常規焊接的參數，在相對自由的狀態下施焊。結束焊接以后，要對角變形量進行測量，盡可能控制在4～6mm之間，還要應用十噸液壓的千斤頂制作一臺反變形的設備，按照相關數據對水平版上下進行反變形。

而彎曲變形主要指在完成工字梁焊接以后，構件中心與設計的中心線之間偏離的程度，通常彎曲的變形包含焊縫縱向的收縮引起變形以及橫向收縮引起變形兩種。彎曲的變形和焊接構件與焊接范圍息息相關，所以在焊接過程中應盡可能加強構件的剛度，應用小焊接的規范施焊，同時還要保證裝配順序的合理性，這樣不僅可以加強焊接的剛性，而且能夠降低彎曲變形的發生率。

3 結語

總而言之，從焊接工藝著手，對焊接變形的預防效果最好，而且最經濟。近年來，焊接技術逐漸成熟，焊接環境愈來愈好，焊接的牢固性已經不是現階段考慮的主要問題，而需要重點考慮的是如何確保構件制造的質量，防止構件發生變形。因此，需要相關人員嚴格按照焊接順序與方向進行焊接，盡可能降低構件變形的發生率。

參考文獻

[1]謝群，周海濱，袁偉.大跨度鋼結構原位拼裝焊接熱影響監控研究[J].建筑技術，2013，24（1）：53-55.

[2]陳鐵軍.鋼結構焊接中存在的問題及其處理方法研究[J].科技傳播，2013，15（12）：53-55.

（作者單位：中原總機石油設備有限公司）