浅谈钢结构窄板构件防变形制作方法

【摘要】随着建筑形式的多样化，其结构的形式也变复杂，因此空间弯扭异形钢的结构应用也较广泛，其中窄板类钢结构也受到了广泛的应用。本文阐述了钢结构窄板构件防变形制作的方法，以供同仁参考借鉴。

【关键词】钢结构；窄版构件；防变形；制作方法

引文：钢结构正是在中国这个时代起步，近年来得到了飞速的发展，这主要是归功与它独特的结构特点；混凝土结构材料在50年后就会成为建筑垃圾，钢结构却可以被回收利用，再加上重量比合理，抗震性能好可焊性好、可密闭等优点，钢结构就是在推动绿色环保建筑，低碳经济的初衷。发展钢结构是必由之路，也是最符合当前的国家绿色环保之路的途径。因此钢结构构件方面型的制作方法显得尤为重要，本文不要是对钢结构窄板构件防变形制作方法进行了分析。

一、影响钢结构构件变形的因素

当前的钢结构中使用的钢材是通过连铸连轧出来的，但是在轧过程中，可能在轧型调整的不正确，原始的轧型不合适；板形控制系统出现故障或使用不当；冷轧毛料原始的板形差或是断面中凸度过大；压下率、张力、速度等工艺参数选择的不当；各种类型的矫直机调整得不好，矫直辊辊间隙不一致，使板片薄的一边产生波浪；对拉矫直机和拉弯矫直机，伸长率选择不当。长度方向上出现的高低起伏的波浪形状弯曲，破坏了钢板的平直性，有单侧、双侧和中间波浪三种状态。钢板的这些波浪弯在我们单位实际的生产中是常常遇到的一些问题，尤其是这些前期的问题，对于我们在后期构件的变形中常常埋下一些质量的隐患。

钢结构构件是有一些小小的零件组装起来，但是在组装过程中有些小零件的规格尺寸不符合要求、构件组装平台不平整、对于开坡口的构件没有进行刚性的固定、板材的平整度不够都会对构件在后期制作中的变形产生不利的影响。因此在实际的生产中我们对于这些问题应该是及早的解决。

焊接对于构件的变形是最大的一个要因，主要体现在以下几个方面：1.焊接电源：焊接时采用的线能量更为集中的热源，这样相对热输人减小，比如熔化极焊接优于手工电弧焊，热丝ITG焊优于常规熔化极焊接，激光、等离子、电子束焊接都是采用能量集中的热源实现小变形的焊接方法。2焊接顺序：采用合适的焊接顺序，如对称焊等都可以减小焊接变形。3焊接反变形：在焊接前预计焊后会发生何种变形，焊前再起相反方向余量一定变形，来消弱焊接变形。4焊接时的强力拘束。5焊接过程采用随焊锤击，或薄板预置拉应力都可以有效控制焊接变形。6焊后可以采用应力退火，消除或减少焊接变形（一般来说焊接变形是无法完全消除的，只是相对而言）。焊接的变形多种多样。

二、构件的概述

构件为长箱体弧形构件，在构件制作过程中，需采用开设单边坡口的窄板做弧梁的挡板，该弧形挡板零件长度近 20 米，但宽度不足 200mm，并且仅开设单边坡口，如处理不当会导致零件板会向开坡口一侧弯曲。此外，弧梁构件上下翼板及腹板均为异型板，需数控下料切割，数控切割枪头仅有一个，若采用以往的方式下料，即按零件外轮廓连续切割，直至走完零件外轮廓，由于构件较长，零件板也较长，切割完的部分就失去了边缘约束，随火焰切割进行，切割边缘会发生热收缩，经过一段较长的路径积累，零件就会发生明显弯曲变形。

零件板发生变形后，在校正的过程中要用到热矫和重压等方法，耗时，耗能，费人工，且效果不好，窄板校正极为困难，弯曲严重的零件甚至只能作报废处理。

三、钢结构窄板构件防变形制作方法分析

3.1确定制作的方案

方法一：采取用夹具胎架夹持窄板，再对窄板开设单边坡口，避免出现开设坡口过程中由于板条较窄，受热变形，使零件外形尺寸超差的现象。如按常规的方法对窄板开设坡口，将使窄板出现完全变形的现象。

方法二：采用数控间断切割的方法对长异型零件板进行下料，避免出现连续切割过程中，约束带逐渐减小，零件板受热发生变形，最终使零件外形尺寸超差的现象。如按常规方法，即数控连续切割法对长异型零件进行切割下料，零件板受热变形发生微小变形，当变形量经过较长路径的积累，会使零件发生明显变形。

3.2方案实施

利用夹具胎架夹持窄板后开设单边坡口这一方法的原理非常简单，即利用夹具的约束作用，限制窄板切割过程发生变形。 在切割窄板单边坡口时，利用夹具夹住窄板后进行切割，夹具与大板或胎架相连，利用大板或胎架的大刚度来约束窄板，防止窄板在切割过程中发

生弯曲变形。采用数控间断切割的方法对长异型零件板进行下料这一方法的原理是利用零件未切割段来约束切割完部分的变形。在长异型零件板数控下料过程中，为防止零件板出现累积热变形的情况，放弃以往数控连续切割的方法，采取新的数控程序切割路线，以间断切割方式对零件板进行下料。即火焰切割枪头每行走切割 1m，沿边缘线空程行走 10cm，再继

续切割，周而复始，直至切割枪头行走完零件外轮廓，然后采用半自动火焰切割将剩余的多段 10cm约束段切割，此时长异型零件板下料完毕。

3.3制作工艺流程及步骤

窄板单边开设坡口工艺流程步骤： （1）采用直条切割机进行零件板下料。（2）将零件板固定于支撑下料胎架上。（3）在支撑下料胎架上，采用半自动切割机切割零件板单边坡口。

长异型零件板数控下料工艺流程步骤：（1）采用 CAD 软件将弧形板以 1：1 比例放样于虚拟钢板上。（2）采用数控软件将 CAD 排版文件转换成数控程序 G 代码。（3）数控火焰切割机按 G 代码进行切割。（4） 采用半自动切割机切割未断开部分。（5）检查弧形零件板外形尺寸。

3.5效益分析

（1）按照方法一对窄板进行单边坡口的开设，可有效防止零件因坡口面单边受热，导致零件弯曲现象的发生，由此可减少用于零件矫正的气体费用和人工费用，同时减少构件制作的时间，节能高效地完成构件制作。

（2）按照方法二对长异型板件进行数控下料，可有效防止数控切割过程中零件变形的现象发生，同时可省下用于零件矫正的气体和人工，减少构件制作时间，促进工厂产能提升。

（3）可避免零件变形过大导致报废的现象。一块长10m，宽0.3m，厚20mm的零件板不约束进行开设单边坡口或常规数控下料异型零件不合理，导致变形过大而报废，所造成的损失为：

6000×（10000 ×300 ×20 × 7.85/109）

= 6000 × 0.471=2826元

2826元这仅仅是一块零件板报废的材料损失，而施工方法不合理所导致的零件报废数量是成批的，所造成的损失是巨大的。因此，如按照本方法介绍的方法进行施工，可获得的效益是非常明显的。

结束语

在钢结构的制作中，我们往往会遇到各种变形，引起变形的条件有多种，要想保证其质量，相关的技术人员必须不断地开发出新的预防变形的制作方法。本文只是简要的阐述了钢结构窄板构件防变形制作方法，望更多的相关技术人员探究出更加实用的钢结构窄板构件防变形的制作方法，供参考。

参考文献：

[1] 贾宗泰. 浅谈钢结构焊接变形的火焰矫正法[J]. 科技创新导报，2011（13）：36.

[2] 姜胜臻， 李书超， 魏训成. H梁焊接变形预防与校正的探讨[J]. 现代制造技术与装备，2009（5）：38～44.

[3] 刘洪林. 焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施[J]. 科技信息，2012（1）：222.

[4] 李汉文， 宗培， 杨铁磊. CO2气体保护焊降低焊接变形机理研究[J]. 热加工工艺，2011，40（21）：130～133.

[5] 罗键，张海伟，刘德佳等大功率条件下蜂窝状冷凝板激光焊接变形的控制[J]. 重庆大学学报， 2012，35（1 ）：11～17.