鋼結構工程焊接技術重點、難點及控制措施

孫大偉，王紀賓，陳海濤

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

在鋼結構工程的焊接施工中難免會出現焊接應力和焊接變形的情況，這對于焊接接頭的強度以及焊接結構尺寸的精度都會產生一定的影響，嚴重的話會導致構件報廢。此外，鋼結構在日后使用中的承載力也與焊接應力與焊接變形有著很大的關聯。因此相關施工人員要切實把握好焊接技術，加強對焊接重難點的技術控制，采取有效措施提高鋼結構的質量。

1 焊接變形與應力的控制

1.1 焊接變形的控制措施

（1）焊縫的截面面積應當盡可能減少，根據連接需要來決定施焊量，焊縫的強度也要依據有效的焊腳尺寸來確定，多出的、凸出很多的焊縫金屬并不能使焊縫強度得以提升，反而會使應力集中系數不斷加大，使坡口的整體性能得以減弱?？梢酝ㄟ^U型刨邊將對接焊縫、后半形成U型坡口，使焊縫的金屬含量得到進一步降低。

（2）在最大限度上減少焊縫的數量，盡可能采用多層多焊道的方式對焊縫進行處理，尤其要對焊板的焊接加以重視[1]。

（3）盡量使焊縫保持對稱，靠近中和軸的位置進行布置施焊，通過這樣的方式減少鋼板的變形。

（4）平衡處理中和軸的外圍焊縫：根據兩個收縮力互相平衡的原則對焊縫進行對稱施焊，為了有效地對焊接變形進行控制，可以在焊接的設計與具體實施環節中做好焊縫的平衡處理。

（5）對焊板進行逆向回焊。當焊接程序由左至右進行時，那么每一焊應當從右到左進行施焊，這便是分段側焊法。在對焊板進行施焊的過程中會使內側的焊縫板產生熱量，在熱量的作用下會使焊縫板出現膨脹的現象，因此會使兩塊焊板在一定的時間內會分開向外；然而在熱量由內向外擴散的過程中，焊縫板出現的膨脹就會使焊板不斷向內合攏。

（6）運用反變形力的方法進行焊接。在進行焊接之前，通過偏置焊件的方法可以對收縮力加以有效利用，比如在焊接開始之前可以裝偏部分焊件組合，使焊件組合的預偏量能夠將收縮后的半間恰如其分地回到設定的位置上[2]。在焊接前，預拱或者彎曲所要焊接的部件，便是運用反變形力的方法對收縮力進行抵消的簡單實例。

（7）運用反向力對收縮力進行平衡，反向力可包括：①由夾具等形成的約束力；②源于其他的收縮力；③構件重力拱度向下所形成的反力；④由構件裝配而成的組合件所產生的約束力。

常用的一種平衡收縮力的方法是通過背靠背的方式把兩個等同的焊接件緊夾于一處，之后再對組合件進行焊接，組合件冷卻之后再松開夾具。在使用這種方法的時候可以與預彎法加以結合，也就是在夾緊焊接件之前，將契塊打入到構件中恰當的位置。

對于零部件以及小型組合件的變形量來說，使用最多的控制方法便是把部件用卡具和夾具在適當的位置上進行固定，直至焊接完所有的部件為止。根據上文所述，焊件的內應力在夾具約束力的作用下會不斷增加，一直增加到焊縫金屬的屈服點。就低碳鋼板焊縫而言，每平方毫米的屈服點可達311N。在施焊的過程中，一般會認為從夾具上取下焊好的部件會在內應力的作用下產生明顯的變形，然而事實上這類狀況是不會發生的，因為相較于無約束力焊接變形，內應力所產生的應變是非常微小的。原因在于當屈服點小于或者等于內應力的時候，會發生極小的變形從而將應力釋放出來[3]。

（8）恰當地安排焊接順序。恰當的焊接順序通?？梢杂行У仄胶馐湛s力。即有意地對不同部位的結構來安排焊接，從而使已焊的收縮力可以與某一處的收縮力進行相互抵消。

（9）除去焊接過程中以及焊接結束后所產生的收縮力。除去收縮力通?？梢圆扇″N擊法的方式來實現，然而該方式的運用還具有一定的爭議。錘擊法是將外力施加在焊縫上，這是一種通過機械的方式來進行加工的方法，這種方法可以將焊縫變得長而薄，并且能夠有效除去剩余的應力。

在應用錘擊法消除收縮力的過程中要遵循一定的原則，錘擊法對溫度有著一定的要求，并且要保證錘擊的力道和頻率，將其控制在合理的范圍內。此外，不得錘擊焊道的根部與表面，也不可錘擊同等的材質，施工人員需要嚴格地進行會狀錘擊。

1.2 控制焊接殘余應力的技術措施

①對焊縫進行有效處理，將其尺寸減?。虎趯⒕惺缚p的力度降低；③對焊接順序進行合理化安排；④弱化焊件的剛性能力，創造條件使其能夠自由收縮。

1.3 防治焊接裂紋的技術措施

（1）焊接材料的選擇應當科學合理，并且對焊縫中存在的化學物質進行有效把控，減少材料中容易產生偏析的元素含量，比如硫、磷等，從而避免出現熱裂紋。

（2）對焊接的工藝參數加以有效控制，確保焊道截面的深度與寬度比值可以滿足焊接工藝需求，從而使熱量輸入能在允許的范圍之內[4]。

（3）做好焊接前的預熱工作以及焊接后的緩冷處理，通過這樣的方式使焊接接頭得到改進，控制，從而對HAZ的整體性能以及焊縫進行改善，避免產生冷裂紋。

2 減少焊接應力集中的控制措施

（1）在進行焊接設計的時候應當完整、勻順而連續；盡量使焊縫不出現交叉密集的情況。焊縫間的距離不得小于100mm。

（2）不論中心線是否對稱，對于不等厚板的對稱焊接頭都應當把厚板削成坡度形狀，再將其對齊[5]。

（3）應當在工作最為有效之處布置焊縫，從而達到焊接量最少，效果最佳的目的。

（4）應當在方便焊接、便于檢查的地方布置焊縫位置。

（5）將和緩的過渡設置于焊縫連接板的根部。

（6）切去筋端部的銳角，對板的端部做包角處理。

（7）盡量靠近中心軸將焊縫進行對稱布置。

（8）焊縫盡量不要在應力集中的地方進行布置，特別是要對處在動載結構處的焊縫加以注意。

3 焊接安裝工藝

（1）在全部將吊裝、校正以及栓焊混合節點的高強螺栓擰成節間之后再進行焊接，使鋼結構的框架更加穩固。

（2）在對鋼結構進行焊接的過程中要根據其自身的框架特征，選擇基準節間或基準柱來焊接柱和主梁間的焊縫，由中間向外圍進行施焊，以免一直向同一個方向收縮變形。

（3）當結束拼接節柱中的柱梁接點時，按照從上往下的順序對接頭進行焊接，確?？蚣艿姆€固性。

（4）混合接點要按照先栓后焊的順序進行，以免孔間在收縮力的作用下產生移位。

（5）對稱于柱梁接點兩邊的梁需要與柱同時進行焊接，使焊接的拘束度得以降低，以免在焊接的過程中出現裂紋，保證柱腳的穩定性。

（6）在焊接柱、柱節點的時候要按照由下往上的順序進行。在重力以及橫向收縮力的作用下會使焊縫出現沉降，可能會在一定程度上累積標高誤差，在結束節柱的安裝與焊接工序之后，應根據實際情況，對柱長進行調整，確保節柱的安裝精確度。

4 預防鋼結構變形的措施

（1）對稱孔徑或者零件要保持同一的尺寸，為加工提供便利，同時在拼裝的過程中還可以進行互換。

（2）焊縫的布置應恰當合理，不同的焊縫間要保持一定的距離，不可過近。若零件與材料尺寸相等時，焊縫的拼接應當盡可能減少甚至不做；在軸線兩側或者構件重心的對稱位置來布置焊縫，減少焊接變形的發生以及集中過多的焊接應力。

（3）在連接構件與零件的過程中要避免相接不等厚度和截面，通過緩坡的方法對厚度以及截面的形狀加以改變，避免焊接應力過大，出現變形[6]。

（4）桿件端頭邊緣與節點之間的距離要在20mm以上，以此確保焊接的質量。

（5）①普通的鋼結構適宜應用交流焊機。②焊接要求比較高的鋼結構適于應用直流焊機。③對于柱梁較長的對角或者角焊縫適宜采用埋弧焊自動焊。

5 結語

總而言之，鋼結構憑借其自身特有的優勢，在建筑行業的應用日漸廣泛，迎來了全新的發展時代。焊接技術使保證鋼結構質量的重要前提和基礎，因此相關施工人員應當明確焊接技術的重點和難點，并且對焊接變形和焊接應力的控制措施加以有效把握，運用合理的技術措施來進行焊接施工，確保鋼結構的質量。