大型鋼結構制作中焊接變形的控制分析

張亞晨

摘要：近年來，隨著我國工業的快速發展，機械工業中的大型結構作為工業化道路中的重要組成部分，在工業發展的道路上應用非常廣泛。而完成、應用大型結構中必不可少的工藝之一就是焊接，所以焊接工藝質量的好壞與大型結構的安全、質量等有著直接的關系，基于此，我們要對焊接工藝水平不斷提高，并且對焊接過程中出現的問題加以控制，這對于提高大型結構安全、質量來說具有非常重要的意義。

關鍵詞：大型鋼結構；焊接；工藝變形

因為焊接這種技術擁有非常復雜的變化過程，所以這個技術不僅在建模和數值求解上有很多的問題存在，而且大型鋼結構焊接工藝的難度往往也相當高，下面我們對此進行具體分析。

1大型鋼結構制造中焊接變形的影響因素分析

1.1材料因素

材料因素主要指的是焊接的母材與焊材，其中又數材料的物理性能以及熱力學性能對鋼結構變形影響最大。材料物理性能的熱傳導系數對整體材料變形影響較大，一般情況下，溫度梯度與材料熱傳導系數成反比增長關系，熱傳導系數越小，其溫度梯度則越大，所發生的材料變形也就越大。相較于物理性能而言，熱力學性能要復雜得多。在熱力學性能中膨脹系數對整體材料變形具有較大影響。變形會隨著膨脹系數的增加而變大。除此之外，高溫時材料的屈服基線以及彈性模量對材料焊接變形影響也較大，焊接變形隨著彈性模量的變大而減小，但材料的屈服極限會隨之增大，導致殘余應力的增加，這在一定程度上對材料性質產生影響，從而降低了材料的受力能力。

1.2鋼結構剛度

鋼結構剛度指的是在彎曲以及拉伸變形的情況下，鋼結構所能承受的抵抗力。其中對鋼結構剛度造成影響的因素主要有鋼結構截面尺寸以及形狀。如鋼結構截面尺寸與面積主要影響縱向桁架以及工字鋼截面的變形量；鋼結構截面形狀以及抗彎剛度主要對丁字型、工字型、其他形態的型鋼的彎曲變形量產生影響。

1.3焊縫位置

由于鋼結構焊接位置各不相同，所以焊接縫對鋼結構也會產生不同的影響。主要表現在部分主要鋼結構受力處出現焊接縫會對鋼結構受力狀態產生影響，并且受到外界作用力的影響，焊接縫也會出現一定程度的變形，從而對整體鋼結構的穩定性與安全性也會產生影響。因此，應當對焊縫位置進行重點控制。

1.4焊接工藝

結合實踐來看，以下幾種焊接工藝往往較容易導致焊接變形產生：第一，對接焊縫方式。采取對接焊縫方式時會使得鋼結構因所產生橫向收縮變形量遠遠高于縱向而產生變形；第二，多層焊接方式。采取多層焊接方式進行作業時也會導致鋼結構產生變形，并且層數與變形成正比，即焊接層數越多變形的程度就越大。以三層焊接方式為例，其首層焊縫所產生收縮量最大，其后二三層以此遞減，根據研究可知它們分別為首層的收縮量15%～20%、5%～10%，而這就導致了所焊機鋼結構因各層收縮量不同而產生變形。

2大型鋼結構制造中焊接變形的控制策略

2.1科學選擇焊接順序

在焊接鋼結構時，應當根據鋼結構的形狀以及規格型號的大小來合理選擇在焊接順序。如，在焊接大型鋼結構時，首先需把小組件焊接完成，才能進行整體的焊接與裝配；在焊接小型鋼結構時，則可由裝配、定位焊固定開始，合理選擇焊接順序即可。此外，在裝配部件時，應當確保所使用的零配件與相關要求相符，以避免在裝配時容易產生較大的應力或發生變形。

2.2加強焊接工藝控制

針對焊接工藝所引發鋼結構焊接變形問題，通過加強對其控制就顯得十分必要。對此，企業可以采取以下幾方面措施加強焊接工藝控制：首先，企業應根據具體鋼結構焊接要求選擇最為適宜的焊接工藝，隨后焊接人員結合工藝以及鋼結構焊接要求將最佳電流、順序以及速度等確定下來，以此降低鋼結構焊接變形的產生。其次，針對焊縫集中或較長時應采取針對性焊接工藝，比如前者應采取跳焊法，而后者則應使用對稱焊與分段退步焊相結合，從而使其能夠有效地減少焊接變形產生。最后，針對復雜鋼結構焊接中，企業除了選擇適宜焊接工藝外，還應當采取科學合理的焊接原則，即先中間后兩邊、先焊短后焊長以及先對接縫后搭接縫等，如此一來也有助于降低鋼結構焊接變形產生。

2.3做好焊接節點構造的設計工作

結合實踐來看，做好焊接節點構造的設計工作主要可從以下幾方面著手進行：①合理控制焊縫的數量與面積。如若在焊接過程中，熱量輸入越多，則其發生焊接變形的可能性就越大，因此，應盡可能減少焊縫數量以及面積，以達到控制焊接變形的目的。②科學選擇焊縫坡口大小與尺寸，以將截面積對鋼結構變形的影響降到最低。③將焊接節點設置與構件界面兩側，并盡可能將結構中性軸焊接節點維持在幾近中性軸或正正中性軸處，防止在高應力區焊接。

2.4借助于固定夾具提升剛性

針對節點比較復雜，多方向連接等焊縫較多、焊接量較大的鋼結構焊接作業中，為了有效地減少其焊接變形，我們可以在作業前借助于將固定夾具等裝置安裝在焊接平臺或鋼結構構件上，從而使得所焊鋼結構剛性因夾具外力而提升，如此一來便能有效地降低焊接作業時溫度變化所造成收縮量，以此達到減少鋼結構焊接變形之目的。

2.5合理采用反變形法

反變形法即往焊接變形相反的方法進行預先變形，從而對焊接變形起到一個控制作用。然而，采用該種方法需要預先進行實驗，依據焊縫的設計規范與要求來合理選擇規格、材質相同的鋼板來預先進行試件焊接工作，保證焊腳高度以及焊縫形式與設計要求相符合，待其冷卻到室溫后對翼板變形量進行測量，并將所得數據在當做壓制反變形的參數，并采用壓板機往翼板中心線上壓出變形量的數，讓翼板兩頭預先上翹，用以對焊接變形量相抵消，從而在焊接完成后，翼板兩頭正好持平。

3結束語

總而言之，鋼結構作為當前建筑工程中重要的形式而在當前得到了極大程度地發展，然而我們在面對所得成績之時，也不得不面對鋼結構制造過程中普遍存在的焊接變形問題。有鑒于此，上文在充分結合工作實踐基礎上，重點圍繞鋼結構制造中焊接變形影響因素探究出一些有針對性的控制策略，以期為推動鋼結構發展貢獻綿薄之力。

參考文獻：

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