簡論加強建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制的措施

宋亮

摘要：建筑鋼結(jié)構(gòu)一般由柱、梁、鋼頂體系、支撐體系等組成。這些系統(tǒng)組件用熱軋鋼板、角鋼、槽鋼、工字鋼、圓鋼、無縫鋼管（或有縫），鋼球，和各種截面冷彎薄壁型鋼組裝焊接而成。鋼結(jié)構(gòu)的焊接特點是“三多一高”，即鋼的品種和規(guī)格、節(jié)點形式、焊接方法、焊接質(zhì)量要求高，且容易造成焊接變形，在此基礎(chǔ)上，本文認(rèn)真的分析了影響鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因及產(chǎn)生的原因，并且分析和探討了鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制措施。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu) 焊接變形 影響因素 原因 控制 措施

一、影響建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素

影響建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素主要有：（1）焊縫的尺寸：焊縫的尺寸越大，焊接線所需的能量越大。（2）焊接的分層方式：焊接時，，分層焊的層數(shù)越多，相應(yīng)的每層所需的線能量越小，在變形的程度上也越小。但對于開坡口的對接焊縫角變形而言，是一個例外，分層數(shù)越多，角變形越大，這主要取決于焊接厚度方向的溫度差。（3）焊接的原始溫度：原溫度較高，線能量增加，塑性變形增加，焊接變形量增大。（4）為了滿足應(yīng)力的要求，間斷焊接可以降低線的能量，從而降低焊接變形。焊接殘余變形的方法，另一個因素，實踐和國家焊接專家的研究表明，對于相同的焊接件，焊接相同，不同的焊接方法，焊接變形也不同，埋弧焊焊接變形最大，其次是手工弧焊，最小的焊接變形的二氧化碳?xì)怏w保護焊。因此，在條件允許的條件下，加上科學(xué)的設(shè)備設(shè)施，選擇合適的焊接方法，可以有效地減少焊接變形。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形產(chǎn)生的原因

建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形產(chǎn)生的原因主要有：（1）焊件的不均勻受熱。焊接是一種局部加熱和冷卻的過程，焊件焊接區(qū)的金屬在熱作用下的熱自由膨脹受到周圍未被加熱金屬的阻礙而壓縮變形發(fā)生后，在相應(yīng)的焊后冷卻的時候，金屬的區(qū)域必須有一個收縮變短的趨勢。（2）焊縫金屬收縮。焊接金屬包括熔化的基金屬和填充金屬，即使包括焊接力學(xué)對雙方的熔點以上的固體母材金屬，它們是在完全塑性狀態(tài)，只有自己的塑性變形，對周圍沒有金屬推力和拉動作用，這部分金屬低于熔點的力學(xué)不能夠自由收縮。（3）金屬結(jié)構(gòu)的變化。某些金屬在固態(tài)下有相變。焊縫金屬被冷金屬包圍，冷卻速度很快。如高強度鋼焊接，焊縫金屬如淬火，根本沒有反應(yīng)時間發(fā)生相變，直至達(dá)到較低溫度下，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，比容明顯增大。焊接過程中可能產(chǎn)生的偏移量減少了壓縮塑性變形過程中產(chǎn)生的偏移量，降低了殘余拉應(yīng)力，甚至可以使焊接區(qū)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力。（4）焊接件的剛度和拘束。焊接件的剛度與焊接性、焊接應(yīng)力和焊接變形的關(guān)系有著密切的關(guān)系。焊接強度越大，焊接變形越小，焊接應(yīng)力越大；反之，焊接件的剛度和拘束度越小，焊接變形越大，焊接應(yīng)力越小。

三、加強建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制的措施

1.加強建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點的構(gòu)造設(shè)計。建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接接頭構(gòu)造形式多，更復(fù)雜。在鋼結(jié)構(gòu)的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)注意以下幾點：（1）減少焊接鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)量和尺寸，對鋼結(jié)構(gòu)的焊接數(shù)量、尺寸較大，那么相應(yīng)的焊接熱源對結(jié)構(gòu)的熱輸入就越大，產(chǎn)生較大的焊接變形。因此，在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)接頭時，應(yīng)努力減少焊縫的數(shù)量和尺寸。（2）根據(jù)不同的焊接工藝，合理選擇焊縫的槽形和尺寸。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保在使用合適的槽形和尺寸的情況下，結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，減少焊縫截面面積和結(jié)構(gòu)的焊接變形。（3）焊縫位置對焊縫部位的中性軸的焊縫位置盡可能對稱于軸的軸線，或盡可能接近中性軸，這對減少梁、柱等一類鋼結(jié)構(gòu)撓度有良好的效果。（4）采用剛性較小的節(jié)點形式，減少焊縫中縫集中和雙向、三向相交，從而減少焊接點處的熱量和應(yīng)力，從而降低焊接變形。（5）焊接操作容易避免，無法避免時，在鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中，應(yīng)盡量避免焊縫中的焊接位置，以利于操作，確保焊接質(zhì)量。無法避免的，應(yīng)要求掌握焊機的所有位置焊接操作技能。（6）在焊縫處應(yīng)避免使用高應(yīng)力區(qū)。焊接區(qū)的應(yīng)力越大，焊接變形越容易產(chǎn)生焊縫裂紋。（7）建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不同，對焊接接頭設(shè)置有不同的要求。

2.加強建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的控制。（1）選擇合理的裝配焊接順序。合理選擇裝配順序和焊接順序可以減少焊接變形。選擇合理的焊接順序，在焊接過程中不見焊接變形，或不同時間點和不同位置的焊接變形相應(yīng)的消失，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整、控制和減少焊接變形。（2）反變形方法。在焊接裝配前預(yù)先制造或設(shè)置焊接變形相反的變形，這樣就有利于在焊接過程中，焊接變形和預(yù)制的抗變形相互抵消，達(dá)到焊接不變形，是防止焊接變形的措施。（3）選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ā彷斎肓坎町愝^大體現(xiàn)在各種焊接方法中，在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中，除電渣焊之外，埋弧焊接熱輸入，在其他的如焊縫橫截面面積等具體情況相同的條件下，會產(chǎn)生最大的收縮變形，手工電弧焊接居中，CO2氣體保護焊是最小的。（4）固定法。剛性固定法是一個傳統(tǒng)的限制焊接變形的方法，簡單的固定和限制松開后，彈性變形要釋放，不能完全防止焊接變形。剛性固定的方法很多，有的用簡單的夾具成支撐，有的采用專用的胎具，有的是臨時點固在剛性工作平臺上，有的甚至利用結(jié)構(gòu)本身去構(gòu)成剛性較大的組合體。

3.焊接變形的矯正。在鋼結(jié)構(gòu)加工之前，首先考慮采取各種有效措施防止或減小焊接變形，但在實際施工中由于某些原因，焊后結(jié)構(gòu)會發(fā)生了超過產(chǎn)品技術(shù)要求所允許的變形，這樣就必須設(shè)法矯正變形，使之符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。

四、結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛。由于影響建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素較多，對于施工中出現(xiàn)焊接變形的問題，應(yīng)當(dāng)將變形降低在最小的范圍內(nèi)，嚴(yán)格保證工程主體的質(zhì)量。