桥梁钢结构焊接变形控制与矫正方法研究

【摘要】本文根据历年制造桥梁钢结构经验，结合国内外相关建造钢桥资料以及公司实际制作钢桥的案例，简述桥梁钢结构焊接变形的类型及原因，并探讨了焊接变形的控制与矫正方法。

【关键词】桥梁工程;钢结构;焊接;变形;矫正

引言：现如今钢结构广泛应用于高层建筑、火车站雨棚以及桥梁等的建设中，钢结构以其强度高，建造速度快、外观造型新颖的优势，应用范围很广。钢结构主要是钢板、H型钢柱及钢管，通过焊接连接。由于焊接过程是通过高温熔化焊条或其他焊接物进行连接的，要产生很高的温度，而钢材在温度的影响下变化很大，会产生变形，如对焊接产生的变形不采取措施将会在安装时产生偏差，影响工作效率，同时还会对钢结构整体的结构产生极大的影响，令钢结构的内部结构发生一定的变化，影响整体结构的稳定性和可靠性。

1、钢结构焊接变形的类型及其原因

1.1 纵横向收缩变形

在焊接钢结构之后，如果在轴向的方向出现了收缩变形，就视为纵向变形，在焊缝的垂直方向出现了收缩变形，就视为横向变形。其中，横向变形主要是因为焊缝肉熔点之处受热膨胀，并且与周围低温的金属产生了冲击而形成的。

1.2 波浪变形

在焊接薄板钢结构的时候，由于焊缝内在应力的存在，从而产生了波浪形收缩变形，视为波浪变形。

1.3 角变形

焊接之后的构建平面围绕着焊缝所产生的角位移就是角变形。其形成的原因是因为沿着板厚的方向出现了焊缝的收缩变形量的不同从而造成的。

1.4 错边变形

在焊接两件钢结构时，如果两侧的钢结构出现不均匀受热，从而使得焊件在高度与长度之上出现了错位，就视为错边变形。

2、钢结构焊接变形在设计中的控制

对于钢结构而言，结构设计的科学与合理，才能够做到最基本的钢结构焊接变形控制。所以，在设计期间，需要掌握不同焊接变形的主要起因以及相对应的特点，从而设计出符合钢结构施工的焊接方式。

2.1 在钢结构的焊接方式选择上，应该考虑到焊缝破口的尺寸与形状，只有在钢结构拥有足够的承载力的同时，合理地选择破口形状与尺寸，才能够减少焊缝截面面积，从而将钢结构的焊接变形做到最大化控制。

2.2 尽量控制焊缝的数量以及其尺寸，如果钢结构焊缝数量较多，并且尺寸较大，对于钢结构输入的热量也会变大，就容易引起较大的钢结构焊接变形。因此，在进行钢结构的节点构造的设计当中，就需要对焊缝的数量以及尺寸做好最大限度地控制。

2.3 为了钢结构焊接操作更加方面，应该避免焊缝的焊接位置处于仰面，这样也可以保持焊接质量不受影响。如果无法避免仰面焊接的情况，就需要对钢结构全方位的焊接技能有一个详细的了解，才能够避免焊接变形的出现。

3、钢结构焊接变形在施工中的控制

3.1 组装和焊接顺序

钢结构的组装应该在一个精准的工装胎具上进行。该平台应确保足够的刚度，不会出现钢构件失稳和下沉的现象，以满足构件组装的基本要求。组装块、小型构件焊接时可一次完成，即固定好位置后，用合适的焊接顺序完成施焊。而大型钢结构组装与焊接需要先将各组装单元块各自焊接完毕，然后再进行最后的组装和焊接。

3.2 反变形法

焊接构件在冷却时焊缝将因收缩而出现拉应力，致使构件产生变形，因此大型结构件焊接前经常用反变形法进行控制。为了避免工字钢梁的上下盖板焊接时产生角变形，可在焊接前用折边机或油压机在反方向上压弯上下盖板;为了确保扁钢和工字钢在焊接后垂直，可以先把扁钢往后焊每边倾斜2°左右，这样焊接后将会垂直。

3.3 刚性固定法

大型构件接头焊接时各工件及零件由于自重及焊接时产生应力的作用，要使将位置固定是很困难的。所以每个焊接装配体不但要用平台来固定其位置，关键部位还要用专业夹具夹紧构件，从而使其在焊接时得到固定，确保达到焊接准备要求。

4、桥梁钢结构焊接变形的矫正

钢结构焊接出现变形时需要对其进行矫正：变形程度较轻的，矫正起来就会简单;变形严重且复杂的，则需要多次矫正，而多次校正产生变形的相互影响，导致未产生正面效果而直接报废。焊接过程中出现变形不但会直接影响了焊接产品的质量，还可能严重阻碍后期施工的进行，耽误整个工作进度计划，所以基础环节很重要。要保证整个过程的顺利，必须认真对待焊接工作中遇到所有细节问题，监控到作业流程中每一步。这里主要研究火焰矫正法。

桥梁钢结构的主要构件是以钢板、焊接H型钢柱、钢管为基础的组合件。桥梁钢结构的外形尺寸都比较大，焊接后易产生弯曲或扭曲变形。焊接变形常用的点状加热法参考焊接件厚度来决定加热点数和加热垫的直径，一般情况多用于矫正薄板的波浪变形;线状加热法主要针对变形量大及刚性大的结构，采用火焰在宽度方向的横向摆动或沿直线方向的移动来进行带状加热;三角形加热主要针对厚度较大、刚性较强的焊接件的弯曲变形。针对不同的钢结构焊接变形，火焰矫正的具体操作如下。

4.1波浪变形火焰矫正

焊接波浪变形的矫正首选要找出凸起的波峰，并用圆点加热法配合手锤矫正。加热原点的直径应与钢板厚度或波浪变形的面积大小成正比，但一般为5～ 9 cm。波浪变形的主要矫正方法是点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。利用中温矫正时烤嘴要从波峰起作螺旋形移动;当温度在600 ℃～700 ℃时，在加热区边缘放置手锤，并用大锤击打手锤，以挤压加热区金属，使其冷却收缩后被拉平。这种矫正应注意的事项一是温度控制在750 ℃内。二是一个圆点矫正完后再加热第二个波峰点，以避免产生过大的收缩应力。三是可以采用加水冷却Q235钢材以加快冷却速度。

4.2 弯曲变形火焰矫正

弯曲变形火焰矫正矫正的是以钢板、焊接H型钢柱、钢管为基础组合件的上拱、下挠及弯曲。方法一是对准翼缘板的纵长焊缝，采用从中间向两端的线状低温或中温加热进行矫正，但加热时两条加热带要同步进行，以避免发生弯曲和扭曲变形。二是线状加热翼缘板，三角形加热腹板。横向线状加热宽度一般取20～90 mm，加热由宽度中间往两边进行扩展，二人一起操作;后再加热三角形。其宽度不超2倍板厚，三角形底边应与对应翼板的上线状宽度相等，加热时从三角形顶部到中心往两侧进行扩展直到底部，此过程要注意一层层进行加热且温度不能过高，否则易造成难矫正的凹陷变形。

4.3角变形火焰矫正

角变形火焰矫正主要矫正的是以钢板、焊接H型钢柱、钢管为基础组合件的角变形。在控制加热温度为650 ℃的情况下，对准焊缝外在翼缘板上面进行纵向线状加热，可以采用直通加热、链状加热或带状加热法。由于宽度越大的加热线，其横向收缩也越大，所以当横向收缩大于纵向收缩时，要充分发挥加热线横向收缩作用。注意加热线宽度一般是钢板厚度的一半到2倍之间，加热部位不要超过两焊脚所控制范围，不用水冷却。

5、结语：

综上所述，钢结构焊接变形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，从而既满足钢结构质量要求，又满足经济性要求。

参考文献：

[1]吕仲，韩巧珍. 钢结构焊接变形控制[J]. 电焊机，2011，08：73-74+85.

[2]高传孝，李灵芝. 浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略[J]. 中国建筑金属结构，2013，10：6-7.

[3]于之翠. 大跨结构钢箱梁焊接变形预测与控制的应用研究[D].燕山大学，2013.