钢结构焊接变形控制策略探讨

【摘要】：近年来，我国的钢结构已经普遍的应用在各种工程中。在钢结构施工过程中，焊接是十分重要的施工工艺，其应用原理是对焊件局部区域进行加热，然后冷却凝固。本文将以内蒙古冰上运动训练中心为研究对象，对焊接施工变形影响因素以及焊接变形控制技术要点进行详细探究，以期保证钢结构施工质量。

【关键词】：：钢结构 焊接施工 变形控制

引言

借助高温加热是钢结构焊接中的基本操作。该过程会达到最高温度，即焊缝处的金属熔点，室温是焊接温度必定会降回的温度，降温过程也就是焊接钢结构的过程。所有事物均一样，金属同样存在膨胀和冷缩，焊缝位置金属到达熔点会达到最大的膨胀度。此时焊缝周围金属温度较低，与填充焊接金属相互融合，融合位置的焊缝金属是不能充分膨胀的，造成焊接变形。钢结构存在质量和施工的多种优点，但焊接变形导致不能全部诠释其运用效果。本文就钢结构变形的种类及原因，针对钢结构变形的有效控制策略进行分析。

1、焊接应力和焊接变形的定义

在钢结构焊接过程中，由于焊接时产生的热源以及焊接热循环的影响，使焊件不均匀受热，在焊件上形成了不均匀的温度区域，致使焊件根据钢结构的特性不均匀的收缩及膨胀，使焊件内部形成焊接应力引起形变。焊接应力根据焊件材质、焊接时施工方法、焊接工艺及固定时的拘束程度等，造成不同的焊接应力大小及分布，按照焊接应力作用方向可将其分为三大类，分别为单向力、双向应力及三向应力。薄板的对接焊划归为双向应力；大厚度焊件、丁字焊缝划归为三向应力，其具有纵向应力、横向应力及厚度方向产生的应力。三向应力会使钢结构的脆性断裂更易发生，降低材料的塑性，是一种存在安全隐患的应力状态。焊接残余应力和变形，对钢结构的承载能力以及构件的加工精度有着很大的影响，施工中应该从源头抓起，强化设计方案，增强焊接工艺、焊接方法的精确度，降低焊接应力和残余变形对钢结构造成的影响。

2、钢结构焊接变形的主要类型

钢结构焊接变形的原因有很多，不同原因出现的结果也不同。钢结构焊接变形的主要类型有：①降温收缩纵横变形。该类变形是焊接温度降低金属收缩的过程中，以焊缝为原点，钢结构在纵横轴方向出现的变形。②降温过程中收缩量的不同导致角度发生变形。钢结构在焊缝位置主要是因为金属收缩量的差异导致角度位移，呈现出角度变形。③焊缝角螺旋状变形。焊缝角钢结构纵横面无法实现均匀分布，导致变形，进而出现焊接变形。④错边变形。加热钢结构若发生不均匀情况，构件的收缩度也会不同，进而导致焊缝位置的构件在长和宽上无法相同，导致错边变形。⑤两焊缝位置不可能会出现同一焊接变形结果，带给人一种感官扭曲变形，也就是挠区变形。⑥波浪形变形。焊缝位置有着自身的内应力，能够在焊接位置出现波浪式表现，即波浪式变形。

3、钢结构焊接应力控制的策略分析

3.1振动时效法

采用振动时效法实践的焊接经验可知，在降低焊接残余应力方面振动时效法有着显著作用，振动时效法其优势在于其作用下不受钢结构尺寸、形状、重量等因素的制约。同时施工周期短、效率高并且没有污染。因此可以选择结合钢结构的外形特点及应力情况，合理选择有效的振型，对钢结构残余应力部位施加适度振动，消除构件内部的残余应力，保证钢结构的稳定性。特别是对于环状钢结构，振动时效法对稳定构件的行为尺寸效果显著。

3.2采取合理的焊接顺序

在焊接过程中应遵循先焊中间，后焊四周的施工顺序，这样可以做到焊缝按照中间向四周的方向依次收缩，减小其相互作用力。在构件表面有交叉焊缝的情况下，着重注意交叉处的焊接工艺。在靠近纵向焊缝的横向焊缝处，多会有未焊透的情况，且同时此部分未焊透的情况多有出现，此时焊接缝正好在纵焊缝的拉伸应力场中，三向应力就会产生，造成脆性形变。

3.3加强焊接温度控制

在钢结构焊接施工过程中，严格控制焊接温度，能有效避免产生焊接变形，比如，在对一个焊缝处的金属进行焊接时，应该尽量避免对周边金属造成影响。焊接施工完成后，应该及时采取有效措施进行降温，避免金属余温对周边金属造成不良影响。除此以外，如果焊接施工顺序安排不当，也会造成焊接变形，因此还需要结合工程实际需要合理安排焊接顺序，比如，施工人员要消除挠曲变形，可以对钢结构进行上下焊接或者对角焊接。

3.4合理选择焊接缝位置

基于相同的承载力，若是焊缝位置不同也会导致钢结构出现不同程度的焊接变形。施工人员要尽量降低钢结构金属收缩量，采用合适的焊缝位置，充分降低梁和柱构件变形，取中性轴对称或截面作为焊缝位置较好。

3.5对构件进行分解施工

常态下体积越大的钢结构，焊接起来更加复杂。在施工时可以把大型钢结构进行分解焊接，待校正完成后再进行总体焊接安装，提高施工效率的同时降低了焊接应力，同时提高了钢结构的整体精准度。

3.6消除残余变形

在钢结构焊接施工过程中，造成结构发生变形的因素有很多，包括温度、重力、钢结构材料、承载力等等，另外，焊接施工环境以及焊接施工工艺也会对焊接变形造成一定的影响，因此，在焊接施工过程中，必须积极总结经验，并采取有效的预防措施。加热矫正引起的应力会与焊接应力叠加，同向应力叠加甚至可能会使构件的总应力超过允许应力，从而导致构件承载力增大引起结构破坏。对于钢结构焊接变形，有一部分可以在焊接施工^程中有效避免，而另外一部分则可以在施工过程中进行有效控制，提高焊接生产效率，保证工程施工质量，而这就要求在钢结构制作过程中合理选择施工工艺，尽量避免构件发生形变。

3.7减小焊缝尺寸设计要求

在设计优化阶段，利用应力计算合理考虑局部加热循环，避免其引起的二次焊接应力。同时端正观念，消除焊缝越大越安全的错误想法。施焊过程中控制好焊缝的尺寸，控制好焊缝的坡口角度，尽量采用双面焊接坡口。

结语

综上所述，在对钢结构焊接过程中，焊接变形和焊接应力的控制，要结合实际情况，依据现场条件、钢结构的受力情况、焊接工艺的选择等具体参数，结合有效的焊接措施见效焊接变形以及残余应力的影响，保证钢结构的整体结构稳定性。

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