谈建筑钢结构焊接变形的控制措施

摘要：焊接变形对钢结构质量影响很大，本文分析了焊接变形产生的原因，并简要阐述了控制措施。

关键词：钢结构；焊接变形；种类；控制；措施

一、钢结构焊接变形的种类

由于焊接结构的接头形式、工艺、方式及焊缝位置等的不同，造成焊接变形

在外观表现形式上各有不同。

（1）长度缩短(称纵向缩短)和宽度变窄(称横向缩短)变形

这是由于钢板对接后焊缝发生纵向收缩和横向收缩所引起；同时对于工字形梁而言，不仅纵向焊缝能引起构件纵向缩短，横向焊缝同样能引起结构纵向缩短，而且起主要作用。

（2）角变形

钢板V型坡口对接焊后发生的角变形，是由于焊缝截面形状上下不对称，引起焊缝的横向缩短上下不均匀。X型坡口的对接头，当焊接顺序不合理，造成正反两条焊缝的横向缩短不相等时，也会产生角变形。

（3）弯曲变形

焊接梁或柱产生弯曲的主要原因是焊缝在结构上布置不对称所引起。丁字形梁焊缝位于梁的中心线上方，焊后焊缝纵向缩短引起弯曲变形。

（4）扭曲变形

扭曲变形原因较多，装配质量不好和配件搁置不当，以及焊接顺序和焊接方向不合理都可能导致变形，但归根到底还是焊缝的纵向或横向缩短所引起。

（5）波浪变形

主要出现在薄板焊接结构中，产生原因是由于焊缝的纵向缩短对薄板边缘造成的压应力；另一种是由于焊缝横向缩短所造成的角变形。

二、控制焊接变形的措施

控制焊接变形的措施可归结为设计方面、施工方面的预防措施及焊接变形矫正措施。下面主要叙述施工方面的预防措施及焊后变形矫正措施。

（1）施工预防措施

在施工过程中可采取多种措施预防焊接变形。

① 反变形法：所谓反变形法就是在构件施焊前，确定其焊接变形的大小和方向，焊后使构件达到设计要求。如采用夹具施加与焊接变形相反的作用力的方法，与焊接变形相抵消，以达到防止变形的目的。

② 刚性固定法：所谓刚性固定法，就是在没有采取反变形的情况下，将构

件固定增加焊件刚度，限制焊接变形。按变形相反方向，用夹具或点焊方式将焊件固定，从而限制焊接变形。

③ 合理地选择焊接方法和规范：选用焊接线能量较低的焊接方法和规范参数，可以有效地防止焊接变形，如采用CO2焊代替手工电弧焊，采用多层焊的方式降低焊接参数来降低线能量。

④ 选择合理的装配焊接顺序：这种方式就是使物件在焊接过程中，通过合

理的装配焊接顺序，使焊接变形能够互相抵消，从而达到降低变形的目的。

（2）焊后矫正焊接变形的方法

根据是否采用外界能量，将其划分为机械与火焰矫正法。

① 机械矫正法：即利用不均匀的加热使结构获得反向的变形来补偿或抵消原来焊接变形。这种矫正法适用于T型梁、工字梁和一些简单的小结构，如机座等。

② 火焰矫正法：火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加，会导致承载安全系数的降低。因此应尽量采用合理的工艺措施以减少变形。当不得不采用火焰矫正时应

切记以下几点：

a、矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；

b、宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态；

c、加热温度最好不超过700度。

三、几种建筑钢结构施工焊接变形的控制方法

上面从理论上论述了建筑钢结构焊接变形的控制措施，下面从施工生产实践所取得的经验总结方面分析，以提高建筑钢结构的施工质量。在建筑钢结构施工中，品种繁多，常见的主要有如下几种：

（1）预制的小构件、预埋件的焊接变形

这类产品，一部分可采用焊后锤击法矫正焊接变形，另一部分构件，刚性较

大，或因结构原因，无法采用锤击法矫正焊接变形，常采用火焰矫正法加以实现，在变形的反方向用火焰加热，火焰背面跟踪冷却来矫正焊接变形。如第一次加热后仍无法达到要求，则可继续选择最大点加热，直到符合要求，但要注意在同一处加热不能超过三次。

（2）钢屋架焊接变形的控制措施

钢屋架主要是由角钢拼焊形成，控制焊接变形主要是靠施工工艺措施来实现的。焊接变形主要有沿钢架跨度方向的收缩变形和沿钢屋架垂直面的挠曲变形引起的侧弯。

① 钢屋架跨度收缩变形是由焊缝收缩变形引起的。其控制措施，就是据钢屋架的焊缝尺寸、跨度预估焊后在跨度方向可能产生的总收缩量，在施工放样时，将跨度施工尺寸增加，即放样跨度尺寸=设计跨度尺寸+预估总收缩量。

② 钢屋架的侧弯控制：钢屋架的侧弯是由挠曲变形引起的，要控制侧弯就

要控制挠曲变形。最有效的控制侧弯的工艺就是“多次侧身，分层施焊”。这种工艺使不同方向焊接变形相互抵消，从而达到消除焊接变形的目的。

（3）钢架梁、吊车梁、钢柱等

焊接工字型组成的大型钢结构，焊接过程中在四条纵向长焊缝的影响下，容易出现翼缘板角变形，纵向收缩变形，挠曲变形，侧弯等焊接变形。

① 焊接工字梁翼缘角变形的控制

主要的控制方式有如下几种：

a、刚性固定法：利用现场周围刚性较大的构件或型材，将翼缘板点焊在上面，降低角变形，同时可降低挠曲变形。

b、反变形法：利用夹具施加与焊接角变形方向相反的作用力达到降低变形的目的。

c、焊后火焰矫正法：采用背冷的方法，在与焊缝相对应的另一面沿相应纵向焊缝方向，采用气焊火焰加热，并在焊缝一侧喷水，达到矫正变形的目的。

d、焊后机械矫正法：焊后采用千斤顶与卡具配合，施加与角变形方向相反

的外力，矫正焊接角变形，

② 焊接工字梁纵向收缩变形的控制：控制焊接工字梁纵向收缩变形的方式同控制钢屋架收缩变形方式相同，也是采用预留焊缝收缩留量来实现，但收缩留量要通过计算实现。

③ 焊接工字梁挠曲变形的控制，一般应尽量采取工艺措施加以解决，如焊后仍存在挠曲变形，再采用焊后矫正法矫正处理正确选择拼装顺序和焊接顺序控制工字梁挠曲变形，火焰矫正法降低工字梁挠曲变形：采用上述工艺方案施焊后，如仍有部分工字梁产生挠曲变形，则可通过火焰矫正法加以矫正(在条件许可情况下，也可采用机械矫正法)。

（4）焊接工字梁侧弯变形的控制

工字梁侧弯的控制可采用与上述加热区挠曲变形相同的工艺方式及相似的火焰矫正法加以控制。

参考文献：

[1]陈祝年．焊接工程师手册[M]北京：机械工业出版社，2002．

[2]建筑钢结构焊接规程[M]．北京：中国计划出版社，1993．

[3]陈伯蠡．焊接工程缺欠分析与对策[M]．北京：机械工业出版社，1997．