淺談鋼結構焊接變形的控制和矯正

和一平

摘 要：在建筑鋼結構焊接中，因為焊接區域中會發生局部熱脹冷縮作用產生焊接變形，焊接變形會影響鋼結構的尺寸大小，安裝精度和施工方法。本文闡述了焊接變形的控制方法和減小焊接應力的一些措施。

關鍵詞：鋼結構；焊接變形；矯正

鋼結構與其他結構相比，這種結構具有載重大、架設簡便等優點，再加上工期短、工藝簡單，因此被廣泛應用于高度和跨度較大的結構，以及可拆卸的結構等等。在施工過程中，很多外界因素都會造成鋼結構變形，其中，焊接變形最為常見，而且可以通過優化工藝來減少和避免。

近幾年來，鋼結構焊接框架在建筑業中得到了廣泛的應用。鋼結構焊接框架憑借其強度高、質量小、韌性好、以及安裝快捷施工方便等多種優點，逐步取代了鉚接和螺栓連接等其他連接方式。但是鋼結構焊接也有不便于進行焊接質量檢驗、容易引起構件變形等缺點。在鋼結構焊接施工過程中，如果能采取一定的方式適當控制，就能夠有效減小變形量，提高焊接效率和工程整體質量。

一、常見的焊接變形

焊接過程中母材不均勻受熱，鋼材不論在焊接的加熱還是冷卻過程中，都會產生變形。因此，受熱變形是焊接鋼結構一種常見的變形方式。焊接變形有以下幾種基本形式：

（1）彎曲變形。彎曲變形在焊接中常出現的現象，這種變形對鋼結構精度影響很大。鋼材的縱向收縮與橫向收縮都會產生彎曲變形。在腹板很薄的時候也會發生彎曲變形。

（2）橫向變形。形成橫向變形的主因是板材的不均勻受熱。由于板材的不同部分的受熱不均，熱過程不同，因此在板材冷卻時，橫向收縮是不均勻的，這就造成了橫向變形。

（3）縱向變形。在鋼板加熱后冷卻過程中，原來溫度高的部分被壓縮的多，因而冷卻后收縮的也多，因此產生的縱向收縮造成縱向變形。

（4）角變形。對較厚鋼板進行角焊接時，焊接的這一面溫度高，焊接背面溫度低。這樣在冷卻時，焊接的一側收縮較大。就會相對角度變化產生角變形。

（5）波浪變形。這類主要發生在薄鋼板構件中。薄鋼板冷卻收縮的時候，不同區域之間互相產生應力，因為焊接產生的應力很大，薄鋼板就無法維持穩定出現褶皺。

（6）扭曲變形。主要表現是鋼結構橫斷面發生了扭轉。

二、控制焊接變形的方法

在鋼結構的焊接過程中，要充分考慮變形的問題，通過合理的焊接方法，減少焊接變形。

1.設計合理的焊縫

焊接連接是鋼結構中的重要環節，連接的承載能力必須不小于鋼件的承載力，這就是代表焊縫強度必須不低于母材的強度。對于不同功能的焊縫對于力學性能的要求也不盡相同，受力焊縫是主要承受傳力，對于強度很高；綴連焊縫主要起連接作用，它的應力可忽略不計，但在連接過程中受剪力作用大，因此強度可適當減小，韌性適當提高。

從尺寸上說，焊縫尺寸不應該設置的太大。因為過大的尺寸會導致焊接變形增加，還會增加焊接工人的勞動強度。所以，在保證強度的前提下，應盡量減小焊縫尺寸。

2.焊前的準備工作

鋼件毛坯不能隨意擺放，需要平整放置。要為鋼件提供數量足夠，位置合理的支撐。否則，焊接過程中鋼件會因自重發生變形。放樣和下料毛坯時必須為了補償收縮留一定的焊接余量。

3.合理的裝配和焊接順序

要有標準的水平平臺，用于制作和拼接鋼件，這樣保證了構件的平直。小件可以一次裝配，先定位焊接一遍，再按順序一次完成。大型鋼結構要先將小件組焊，然后，總體裝配，之后再焊接。拼裝過程中要注意避免過大的外力強制組對，防止焊件的變形。對接口的間隙，搭接長度，坡口角度連接要合理。

4.選擇合理的焊接工藝

焊接時能量越小，焊接后變形就越小，所以在盡可能的情況下盡量焊多層、使用小焊條，對電流、焊接速度也要進行控制。在焊接鋼件時候，要先從短焊縫開始焊接，再焊長焊縫，先焊立位面角焊縫再焊平面角焊縫，先焊接對接再焊接角接；先外后內，先縱后橫，先中后邊。對于長焊縫，要使用斷續焊法，每隔1M左右距離焊縫要進行對稱焊接，如果是1.5米以上可以使用跳焊法。其中斷續焊接時焊接接頭比較多，所以容易產生缺陷。

5.適當應用預熱法

在焊前可以對焊件進行加熱，局部預熱或整體預熱之后再進行焊接。焊前預熱后能夠減少焊接應力變形，不同的焊件預熱溫度不同一般預熱溫度80度到300度之間。

6.剛性固定法

剛性固定法是指焊接時將構件用夾具等固定在具有一定強度的工作臺上，構件在熱脹冷縮時會受到約束，變形被外力所限制。這種方法適用于塑性較好的材料和厚度在10mm 以下的薄板。

三、焊接變形的矯正

鋼結構焊接變形的因素很多，當焊接變形難以避免或構件的變形程度超過設計要求時，必須進行矯正。通常焊接變形的矯正可分為冷矯正法和熱矯正法兩種。

1.冷矯正法

冷矯正法也叫機械矯正法，是使用機械力的作用，對焊接變形進行矯正，這種矯正方法常常使用于小尺寸焊件或變形程度較小的焊件，常用器具有千斤頂、壓力機、矯板機等。在矯正工作時，需要先將焊件固定在工裝之間，再對焊件構件施加相反焊接方向的外力，使其產生相反的塑性變形，補償原來因為焊接應力造成的變形即可。但是需要注意，因為需要施加作用力的原因，冷加工法不適用于脆性較大和硬度較大的鋼材料。

2.熱矯正法

熱矯正法也叫火焰矯正法，它是利用火焰的溫度對焊縫局部進行加熱，在其冷卻時，重新發生熱脹冷縮造成新的局部形變，從而能夠抵消舊的形變，達到矯正的目的。所以如何正確的選取加熱位置，溫度以及冷卻時間是能否取得火焰矯正良好效果的重要因素。熱加工法適用于低碳鋼結構和部分普通低合金鋼結構。

火焰矯正法的加熱方法有點狀加熱，線狀加熱和三角形加熱三種。點狀加熱主要適用于矯正板料的凸凹變形，要根據鋼板自身的厚度，材料和變形程度確定加熱點的直徑，數量和間距。一般情況下鋼板厚度越大，變形越大，加熱點越多，直徑越大，間距越小。加熱點直徑一般在 十毫米到三十毫米之間之間，相互距離一般為五十到一百毫米，排布形狀往往采用梅花形狀。線狀加熱有三種基本形式：直線加熱、曲線加熱和環線加熱，具體應用時應酌情選擇。

四、結束語

本文總結了各種施工中鋼結構焊接變形，以及變形的控制要點和矯正方法，這些經驗將在建筑鋼結構施工中起到預防和指導作用。鋼結構的焊接形變在施工工程中經常發生，影響建筑施工質量，必須注重控制和矯正。

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