城市人行天橋建設(shè)中鋼箱梁焊接形變控制探究

周玉保

摘 要 鋼箱梁結(jié)構(gòu)強度高、抗震性優(yōu)、施工快速，因而得以于人行天橋項目廣泛實踐運用。然而，在其施焊、制作之中，極易因作業(yè)人員的操作欠規(guī)范等諸多因素而出現(xiàn)形變問題，以致影響到整個天橋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建質(zhì)量與使用安全。對此，本文對城市人行天橋建設(shè)中鋼箱梁焊接形變控制展開全面探討，以供參考。

關(guān)鍵詞 人行天橋;鋼箱梁;焊接;形變控制

1焊接形變的成因與影響

（1）基本類型。在進行焊接作業(yè)時，鋼材結(jié)構(gòu)因為焊接電弧的超高溫而出現(xiàn)的形變現(xiàn)象，且在焊接結(jié)束后鋼結(jié)構(gòu)仍會因殘余變形而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸出現(xiàn)變化。在上述兩種現(xiàn)象中，對焊接質(zhì)量影響的主要因素為焊接結(jié)束后持續(xù)的殘余形變，這種變形往往也是造成鋼結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重的變形。按照對不同結(jié)構(gòu)的影響可將焊接結(jié)束后的殘余形變的影響分為部分變形和整體變形;按照各種不同變形的特性可將其分為：波狀、彎曲、錯位、扭轉(zhuǎn)、角和收縮等幾種變形形式，其中波狀變形和角變形是部分變形，彎曲、錯位、扭轉(zhuǎn)和收縮等變形是整體變形。焊接時鋼材結(jié)構(gòu)較少發(fā)生部分變形，多為整體變形。

（2）所致成因。對鋼結(jié)構(gòu)進行焊接時，因為焊接電弧的溫度極高，所以造成鋼結(jié)構(gòu)各個部位的溫度相差較大，靠近焊接部位的溫度極高而遠(yuǎn)離焊接部位的溫度接近室溫。由于熱脹冷縮的原因，焊接處鋼材產(chǎn)生的膨脹效果遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離處，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)收到擠壓發(fā)生變形;另一方面，焊接結(jié)束的冷卻過程中，不同部位受到不同方向的內(nèi)應(yīng)力也不相同，從而致使鋼結(jié)構(gòu)不同部位發(fā)生不同的收縮，引起變形;另外，受內(nèi)部晶粒轉(zhuǎn)變造成體積改變也會導(dǎo)致焊件出現(xiàn)變形，這也是焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接應(yīng)力并出現(xiàn)焊接變形的重要原因。

（3）影響分析。焊接會造成鋼結(jié)構(gòu)的變形，這種變形現(xiàn)象會連帶著影響焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力，使其隨之變形，并且這種變形不是瞬時的而是會殘留很長時間。一般情況下殘余應(yīng)力和殘余形變會共同存在，與殘余應(yīng)力相比，通常鋼結(jié)構(gòu)中殘余形變的破壞力更大，這種變形會導(dǎo)致部件或整體的尺寸出現(xiàn)較大偏差而無法予以組裝，讓構(gòu)件的穩(wěn)定性能變差而失去承載力，極大影響鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量，若要通過矯正手段恢復(fù)其穩(wěn)定性，難度過大，同時還有可能導(dǎo)致?lián)p壞產(chǎn)品使其報廢。另外，焊接殘余應(yīng)力和焊接變形很大程度上會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生裂紋，部分金屬因為殘余應(yīng)力的影響導(dǎo)致其性能大幅降低，讓此種金屬的焊接技術(shù)難度大量增加。所以，在進行焊接過程中，應(yīng)該對焊接的變形和應(yīng)力機制進行充分的把握，知曉其中的規(guī)律，從而在操作中避免和減少變形而造成的危害[1]。

2鋼箱梁焊接形變的控制

（1）焊接應(yīng)力的控制。因為構(gòu)件動力承載力、低溫環(huán)境使用與三向應(yīng)力情況均會受到殘余應(yīng)力的不利影響，所以，也應(yīng)該特別注意對殘余應(yīng)力的控制，而殘余應(yīng)力控制的關(guān)鍵在于降低應(yīng)力的峰值讓其分布均勻，主要手段有：①使焊縫尺寸盡可能降低;②使焊接的束縛度盡量減少;③使用適當(dāng)?shù)捻樞蜻M行焊接;④減少焊接鋼構(gòu)件的剛度，使其更易收縮;⑤可以使用錘擊對焊接時的參與應(yīng)力進行消除。

（2）焊接形變的控制。焊接變形會對鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、安裝和使用造成直接的影響，同時，還會導(dǎo)致次應(yīng)力或附加內(nèi)力使焊件的質(zhì)量變差、承載力變低，所以焊接形變的控制非常關(guān)鍵。可以采用以下手段對焊接形變進行控制。

①控制焊接縫的截面積。焊接縫的截面積應(yīng)該盡可能降低，在操作中無超標(biāo)缺陷焊縫的要求下使用小坡口尺寸工藝參數(shù)進行焊接。②使用屈服強度不大于345MPa的鋼材要盡量降低熱輸入，盡量降低預(yù)熱溫度或不進行預(yù)熱;盡量使用較低熱輸入的焊接手段。③在進行T形接頭、十字形接頭與對接接頭做破口焊接時，若環(huán)境符合防治工藝要求或容易翻轉(zhuǎn)，應(yīng)該對稱焊接雙面坡口;焊接截面為對稱圖形的構(gòu)件時，應(yīng)該以中和軸作對稱軸對稱焊接。④若兩面的坡口為非對稱結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照從深到淺的順序，一次對焊縫不同側(cè)進行焊接。⑤若有確定的節(jié)點模型、焊縫布置、焊接程序，這種情形下應(yīng)該首選具有藥芯焊絲自動保護電弧焊或熔化極氣體自動保護電弧焊等較高能量密度的焊接方法進行焊接，同時盡量降低熱輸入。⑥在前期焊接設(shè)計時，應(yīng)盡量減少焊接時焊縫的尺寸和數(shù)量;應(yīng)該對焊縫進行合理的規(guī)劃，不但應(yīng)該防止焊縫的密度過高，還要焊縫的坐標(biāo)盡量與中和軸相鄰近，同時讓焊縫的位置以中和軸為對稱軸相對稱。⑦對焊縫位點不以中和軸相對稱時，先對焊縫數(shù)量少的一側(cè)進行焊接，再焊接較多的一側(cè);再較厚的焊接板中，盡量使用多層焊接板，避免使用單層焊接板。⑧對于角變形可以使用反變形法進行控制。⑨可以使用定位焊固定一般構(gòu)件并防止其變形;使用剛性固定法增加較大、較厚的構(gòu)件并增加其焊接的剛性;使用分部分組裝焊接法對大型焊件進行焊接，矯正后再使用連續(xù)施工或總裝。⑩使用合理順序進行焊接。使用逆向分段法、中分法進行較長焊縫的焊接;使用對稱焊接法進行角接縫的焊接;雙槍焊接法對H型鋼結(jié)構(gòu)進行焊接;從下至上焊接法對箱梁腹板成對焊縫進行焊接，以滿足上拱的焊接要求。當(dāng)兩條或多條焊縫相交時，先對易收縮變形的進行焊接，再依次焊接其余焊接縫，使得不同焊縫的內(nèi)應(yīng)力得到合理分配，從而減少形變;若焊接縫與焊接角相交時應(yīng)首先對接縫進行焊接。對鋼箱橫梁和橫隔板進行焊接時，藥采用剛性固定的方式進行焊接，避免焊接大量焊接縫的一側(cè)時造成波狀形變。先使用20號鋼槽制作一個中空、表面光滑、操作向外的框架鋼結(jié)構(gòu)，使用此結(jié)構(gòu)可以很好地對橫隔板進行固定，固定橫隔板后使用帶CO2氣體保護的實心焊絲對框架進行焊接，并在兩側(cè)對稱部分同時安排兩名施工人員進行焊接。為了避免焊接電弧對眼睛的損害，應(yīng)使用三夾板在中部進行遮擋以減少弧光的強度。這樣操作能有效減少波狀變形的產(chǎn)生[2]。

3結(jié)束語

鋼箱梁結(jié)構(gòu)存有焊接質(zhì)量缺陷不僅會對所涉部位的施建質(zhì)量造成影響，而且還會對整個鋼箱梁結(jié)構(gòu)的承荷能力與安穩(wěn)性產(chǎn)生影響，故而，在開展實踐項目的作業(yè)施工時，務(wù)須牢牢把握影響焊接作業(yè)質(zhì)量的各類因素，通過采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)控制舉措，規(guī)避焊接作業(yè)中出現(xiàn)的種種質(zhì)量缺陷，以保鋼箱梁施建質(zhì)量優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)。

參考文獻

[1] 許賀，曹磊.寸灘長江大橋鋼箱梁整體拼裝定位精度和焊接變形控制技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2017（7）：114-116.

[2] 吳江波，袁俊，李彥國，等.南京長江第四大橋鋼箱梁制造關(guān)鍵焊接技術(shù)及質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù)，2016，45（9）：1-3.