橋梁鋼結構焊接變形的研究與防治

王勇 杜文劍 張鑫林

摘要：焊接作為鋼結構制造和連接的主要技術，在鋼結構制造和安裝中得到了廣泛的應用。但焊接變形不僅影響鋼結構的外觀和性能，嚴重時還會造成焊接件的浪費，給企業帶來直接的經濟損失。在鋼結構焊接變形的基礎上，提出了控制鋼結構焊接變形的對策。有助于提高鋼結構的焊接質量。

關鍵詞：橋梁工程；鋼結構；焊接；變形；矯正

引言：

目前，鋼結構廣泛應用于高層建筑、火車站雨棚、橋梁等建筑中。鋼結構具有強度高、施工速度快、外觀新穎、適用范圍廣等優點。鋼結構主要是鋼板、H型鋼柱和鋼管，采用焊接連接。由于焊接過程是在高溫下由熔化極或其他焊接物體連接的，因此必須產生非常高的溫度，并且鋼在溫度的影響下變化很大，這將導致變形。如果焊接變形不采取措施，安裝過程中會出現偏差，影響工作效率。同時，對鋼結構的整體結構有很大的影響。鋼結構的內部結構發生了一定程度的變化。影響整個結構的穩定性和可靠性。

1.鋼結構焊接變形概述

焊接變形是指施焊電弧引起的變形和焊接后鋼結構的殘余變形。在這兩種變形中，焊接殘余變形是影響焊接質量的主要因素，也是破壞性最強的變形類型。

焊接殘余變形對結構的不同層次的影響分為整體變形和局部變形；根據變形的不同特點則可分為：彎曲變形、角變形、扭曲變形、收縮變形、波浪變形以及錯邊變形。在這些變形類型中，除了波浪變形和角變形屬于局部變形之外，其它類型的變形屬于整體變形。一般情況下，鋼結構發生變形類型多為整體變形。

2.橋梁鋼結構在焊接時對變形的有效控制辦法

2.1科學設計焊接節點

焊接主要是根據以前設計的焊接接頭圖進行焊接操作。因此，有必要對焊接接頭進行科學設計，找到合理的焊接位置。在焊接過程中，焊縫的數量、位置和尺寸直接關系到附近焊縫的膨脹。焊接接頭的數量越多，分布越密集，變形越復雜。焊縫尺寸越大，對附近零件的影響越大，變形越大。因此，焊接接頭的設計應減少焊接次數，并盡量將焊縫尺寸控制在最小范圍內。特別是在坡口焊接設計中，必須考慮坡口形狀和尺寸的選擇，以保證其承載能力，并估計焊接變形，避免焊縫過集中。例如，在實踐中，如果需要在兩側焊接接頭，焊接位置應盡可能設置為軸對稱，這樣可以有效地減小變形，保證橋梁鋼結構的形狀。

2.2利用反變形法

焊接完成后，由于熱膨脹和冷收縮的影響，焊縫在冷卻過程中會收縮，從而減小了焊接尺寸。因此，該方法通常用于大型鋼結構的焊接。反變形法是指在裝配過程中，結合焊接工藝試驗和焊接經驗，構件可以反變形方向進行預變形，預變形的尺寸和數量相同。因此，控制了焊接變形。使用此方法時，應做好試驗前的準備工作，結合焊縫的具體設計要求，調整焊接規范，使用相同材質和規格的鋼板，并提前焊接試件。焊接冷卻至環境溫度后，必須測量法蘭的混凝土變形，并將具體值作為反向變形的相關參數。焊接形式及焊接角高度符合設計要求。焊接后冷卻溫度達到環境溫度時，應測量法蘭的混凝土變形。在翼板中心線處，用壓具壓出變形次數，使翼板兩端能提前顯示，焊接變形可偏移，使焊接后保持平整。

3、橋梁鋼結構焊接變形的矯正

3.1波浪變形火焰矯正

焊接波浪變形的矯正首選要找出凸起的波峰，并用圓點加熱法配合手錘矯正。加熱原點的直徑應與鋼板厚度或波浪變形的面積大小成正比，但一般為5～ 9 cm。波浪變形的主要矯正方法是點狀加熱法，加熱點的分布可呈梅花形或鏈式密點形。利用中溫矯正時烤嘴要從波峰起作螺旋形移動；當溫度在600 ℃～700 ℃時，在加熱區邊緣放置手錘，并用大錘擊打手錘，以擠壓加熱區金屬，使其冷卻收縮后被拉平。這種矯正應注意的事項一是溫度控制在750 ℃內。二是一個圓點矯正完后再加熱第二個波峰點，以避免產生過大的收縮應力。三是可以采用加水冷卻Q235鋼材以加快冷卻速度。

3.2利用裝配和焊接順序來控制變形

焊接順序是影響焊接結構變形的主要因素之一，采用合理的裝配和焊接程序來減少變形，是一種防止變形發生的好辦法。安排焊接順序時應注意下列原則：

首先，要盡量采用對稱焊接。對于具有對稱焊縫的工作，最好由成對的焊工對稱進行焊接，從而使由各焊縫所引起的變形相互抵消一部分。

其次，對某些焊縫布置不對稱的結構，應先焊焊縫相對較少的一側。

再次，依據不同焊接順序的特點，以焊接程序控制焊接變形量。常見的焊接順序有分退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法以及分中對稱法五種。

3.3對于焊縫的合理選擇

為了達到減少梁或者柱等構件撓性變形收縮量的目的，應該盡量將焊縫置于截面中性軸或者對稱于中性軸。對于焊接方法的選擇：①為盡量減少焊接變形，所選擇的焊接方法的線能量越低越好。②在對H 型鋼翼板與腹板的焊接，應該選用埋弧自動焊。③在對不同截面積的構件焊接中，為減少焊接變形發生及減小焊接線能量，對于小截面焊縫進行CO2焊打底，對蓋面采用手弧焊方式。④在對H 型鋼氣割成T型鋼時不能有間斷，這樣可以確保氣割過程中有相同的熱膨脹量。對于焊接順利的合理選擇：在焊接過程中，選用上下對角焊接的順序可以保持構件的平直性，抵消焊縫所引起的撓曲變形，保證受熱均勻性以減小收縮變形量。類似的焊接順序同樣適用于筋板等多種構件。

3.4火焰矯正鋼結構焊接變形

火焰矯正所使用的原理就是對剛結構進行二次加熱使得變形的部位發生二次形變，和焊接的時候所發生的形變相互抵消，從而實現對鋼結構的矯正。火焰加熱根據火焰的溫度不同分為中、低、高溫矯正。但是在實際操作中，金屬在高溫狀態下是不能夠被冷水激冷的，在激冷后整個金屬的結構會變得很脆，使得金屬的塑性降低，其承載能力下降。火焰的溫度最好是根據實際的鋼結構材料和其所承受的載荷來確定。例如在對橋梁梁柱的鋼結構的彎曲變形進行矯正時，就盡可能的采取中低溫的火焰，而其翼緣板上面的長焊縫則必須要同時進行加熱，避免產生受熱不均而向一邊彎曲或扭曲變形。

3.5機械矯正鋼鋼結構焊接變形

機械矯正其實就是對已經變形的鋼結構施以外力，使得鋼結構中原本伸長的部位縮短、展平，縮短的部位伸長。而對于焊縫收縮時，通常是使用錘子來對焊縫進行打擊，使得焊縫在受到外力之后發生形變，而這一形變剛好和之前焊接的時候發生的形變相反，這樣便可以抵消原本的形變情況。在實際的生產中，對于某些使用錘擊還是無法糾正形變的時候可以使用壓力機來進行糾正，利用高壓來時的鋼結構恢復成原來的樣子，但是切記一定要注意鋼結構所能夠承受的壓力范圍，避免構件損壞。

4、結語

綜上所述，鋼結構焊接變形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接變形，并對超出公差要求的焊接變形進行矯正，從而既滿足鋼結構質量要求，又滿足經濟性要求。

參考文獻

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（作者單位：杭蕭鋼構（山東）有限公司）