鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治方法

為鋼結(jié)構(gòu)制作和連接的主要技術，焊接已經(jīng)被廣泛應用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝工藝之中。然而，焊接中產(chǎn)生的變形問題不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能，如果嚴重的話甚至會導致焊件報廢，給企業(yè)造成直接經(jīng)濟損失。特別是在大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)中，這一問題表現(xiàn)得尤其突出。有鑒于此，必須對焊接變形不同類型和原因進行全面分析，并采取有力措施控制焊接變形量，以確保不斷提高生產(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1 焊接變形的基本類型分析和原因分析

焊接變形的基本類型。所謂焊接變形是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中，由于施焊電弧高溫引起的變形，以及焊接完成后在構(gòu)件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類變形中，焊接殘余變形是影響焊接質(zhì)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(jié)構(gòu)的不同層次的影響分為整體變形和局部變形；根據(jù)變形的不同特點則可分為：角變形、彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯邊變形。在這些變形類型中，角變形和波浪變形屬于局部變形，而其他類型的變形屬于整體變形。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較多的變形類型是整體變形。

②焊接變形產(chǎn)生的原因分析。鋼結(jié)構(gòu)剛度：剛度是指結(jié)構(gòu)體對拉伸方向和彎曲變形的抵抗能力。鋼結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于結(jié)構(gòu)截面形狀和尺寸的大小。例如，工字鋼截面和縱向桁架變形量，主要取決于其橫截面面積的弦桿截面大小的部分。再如，工字型、丁字型或其他形狀的型鋼的彎曲變形量主要取決于截面的抗彎剛度。焊接連接縫位置和數(shù)量：當鋼結(jié)構(gòu)剛度不足時，在設計焊接連接縫位置和數(shù)量時，應在結(jié)構(gòu)體對稱安排，且焊接順序是合理的，構(gòu)件只能產(chǎn)生線性變形;當焊縫為不對稱的安排，產(chǎn)生的多為彎曲變形。焊接工藝：焊接電流偏大、焊條直徑較粗，使得焊接速度緩慢，可能導致焊接變形大;厚鋼板焊接時，手工焊接方法比自動焊接方法引起的變形量較??；采用多層焊接工藝時，首層的焊縫收縮變形最大，第二和第三層焊接變形量分別是首層的20％和5％?10％。也就是說，多層焊接的層數(shù)越多，焊接變形越明顯；斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量小；對接式焊縫的橫向收縮變形量比縱向收縮變形量大2至4倍;焊接順序不當或在沒有焊接妥當分部構(gòu)件時就進行整體組裝焊接，很容易產(chǎn)生焊接變形。因此，為了防治焊接變形，在焊接施工過程中必須制訂合理的工藝措施。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治

2.1 焊接節(jié)點構(gòu)造設計

①控制焊縫的數(shù)量和大小。鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量多、尺寸大，焊接時的熱輸入量也越多，造成的焊接變形也更大。因此，在鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點構(gòu)造設計時，應設法控制焊縫的數(shù)量和大小，盡可能減少焊接變形。

②根據(jù)焊接工藝選擇適合的焊縫坡口的形狀和尺寸。對焊縫坡口形成與大小合理的選擇應能夠確保鋼結(jié)構(gòu)整體的承載能力充分。適當?shù)钠驴谛螤詈痛笮?，可以通過減少截面積，進一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形量。

③焊接節(jié)點的位置應處于構(gòu)件截面的對稱處。結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點的位置應盡可能在構(gòu)件截面的中性軸對稱位置，或盡量接近中性軸，同時應避免在高應力區(qū)。

④對于節(jié)點形式的選擇，應選用的剛性小的節(jié)點形式。節(jié)點應避免在雙向、三向交叉處，這樣避免由于焊縫集中而導致的高溫和焊縫應力集中，從而減少焊接變形。

2.2 工藝措施

①組裝和焊接順序。鋼結(jié)構(gòu)的制作、組裝應該在一個標準的水平面上進行。該平臺應確保所受的自重壓力的程度足夠大，不會出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象，以滿足構(gòu)件組裝的基本要求。在焊接小型構(gòu)件時可一次完成，即在焊接固定好位置后，用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結(jié)構(gòu)組裝與焊接需要先將小件組焊接完畢，然后再進行最后的組裝和焊接。在進行部件組裝時，為了防止組裝過程中產(chǎn)生過度的應力和變形，應該使不同型號的零配件符合構(gòu)件規(guī)定的規(guī)格、形狀大小和樣板的要求，并且組裝時不能有較大外力強制拼裝，以防止零部件過度焊接應力和較大約束力帶來的變形。此外，組裝與焊接過程中應使焊接接頭熱量均勻，消除應力并減少變形；焊縫應做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和T形貼角的尺寸無誤，且形式、大小應與構(gòu)件的設計和焊接規(guī)范一致。

②反變形。由于在冷卻過程焊縫會產(chǎn)生收縮反應，結(jié)果使得減少了工件焊接后的尺寸。針對這個問題，為了彌補熱脹冷縮帶來的變形，在大型構(gòu)件焊接時常用反變形的方法。反變形方法是在進行焊接前使構(gòu)件預先發(fā)生變形，使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。例如，為了防止工字鋼梁上下蓋板的焊接角變形，可以在焊前用油壓機或折邊機在相反方向預先壓彎蓋板。

③焊件夾具。大型結(jié)構(gòu)件在焊接接頭時各個工件和零件在自重和焊接應力的作用下，要想使其位置固定是比較困難的。所以，每件焊接工件和零件除了要用焊接平臺固定位置外，還需要用到焊件夾具有效地夾緊，以便防止工件發(fā)生變形。

3 結(jié)語

在大多數(shù)的情況下，通過采取適當?shù)暮附庸?jié)點構(gòu)造設計措施和技術措施，可以有效地控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形，以達到確保工程質(zhì)量的目的。但由于材料、結(jié)構(gòu)以及焊接施工現(xiàn)場環(huán)境等因素的復雜多變,還應該在實踐中不斷總結(jié)和積累焊接經(jīng)驗,提高控制焊接應力和焊接變形技術水平。