钢结构焊接变形与控制对策探讨

吕军

摘要：目前，我国的钢结构行业的发展迅速，制作钢结构件过程中焊接技术的应用非常广泛。然而焊接变形在钢结构件的制作时经常发生。焊接变形使钢结构的几何尺寸、装配质量等都受到严重影响。有效控制钢结构制作过程中变形现象，确保使钢结构件的质量，有助于钢结构件生产行业的健康发展。

关键词：钢结构；焊接变形；控制对策探讨

引言

钢结构件焊接后一般都要产生变形，如果变形量超过了允许的数值，就需要矫正。有的构件变形经矫正虽然能达到使用要求但却占用很多生产时间，有的构件变形经矫正无效而报废。因此，我们分析影响焊接变形的因素力求预防产生超过允许值的焊后变形。

1焊接后产生变形的原因

在焊接过程中对焊件进行了局部的、不均匀的加热是产生焊接应力及变形的原因。焊接时焊缝和焊缝附近受热区的金属发生膨胀，由于四周较冷的金属阻止这种膨胀，在焊接区域内就产生压缩应力和塑性收缩变形，产生了不同程度的横向和纵向收缩。由于这两个方向的收缩，造成了焊接结构的变形。焊接时的实际情况是这种收缩也不是自由的，它受到焊件其他部分的一定阻碍。结果在产生一定收缩或缩短变形的同时还产生一定的焊接残余应力。火焰矫正就是利用这种规律矫正钢结构变形的。

2焊接变形和残余应力

2.1焊接变形

焊接变形是焊接过程中不可避免的，施焊电弧高温引起钢构件在焊接处发生缩短、弯曲及角度等变化，即焊接变形。焊接变形可分为两种形式，一种是因高温导致的变形，该变形在温度冷却后可恢复，为瞬时变形;第二种是因焊接作业产生的永久性变形。焊接变形对结构安装的精确度影响较大，产生焊接变形极易导致结构无法安装。

2.2残余应力

残余应力产生于钢构件的焊接及热影响区域，其对钢构件最直接的影响是降低构件的承载能力和增大开裂的可能性，钢构件的开裂大多发生在焊接区域。在焊接区域，当构件的残余应力和荷载共同作用效果超过焊缝的承载力时，焊缝处就开始产生裂纹，并逐渐扩大成裂缝，构件也就易从裂缝处产生断裂，而此时构件承受的荷载并未达到其极限承载力，却因焊缝的断裂导致整个构件的失效。

3控制钢结构发生焊接变形的对策

3.1优化钢结构的焊接工艺

钢结构件焊接工艺包括预热、焊接过程与矫正三个流程。变形法、预拉伸法以及钢性固定法是在钢结构焊接过程中比较常用的方法。从钢结构件的实际选择合适的方法。比如在钢结构件尺寸比较大的情况下，一旦发生焊接变形无疑对于成品整体质量的影响非常大，所以，合适的预热方法是反变形法，就是事先从材料的特性出发，对钢结构的焊接变形量进行计算，同时在进行预热以前通过反向变形使焊接过程中出现的焊接变形量被抵消。钢结构焊接过程中，选择预热的主要目的是尽可能的使焊接应力降低。预热方法的选择需要结合焊接材料，预热时间的确定则应该和焊接材料的性能、当时的气温等进行综合考虑，确保焊接过程中能够均匀的传递热应力，实现对焊接变形的有效控制。

3.2妥善控制钢结构焊接时的散热

钢结构焊接时焊接材料的温度上升非常快。如果不能均匀的传递热量，温度变化不均匀就会导致钢应力不能均匀传递，从而出现焊接变形。通过对钢结构焊接时有效的控制散热，使焊接的温度变化保持均匀。通过现代化科技手段妥善处理好钢结构焊接过程中的散热，使钢结构焊缝周围热量能及时散开，从而降低焊接变形的发生。通过控制散热的方法进行钢结构焊接变形的控制，工艺比较复杂，然而其控制焊接变形的效果比较显著。

3.3合理确定钢结构件的焊接的顺序

从钢结构件结构出发明确焊接的顺序。如一般大型容器底板由若干钢板拼接而成，存在着横向与纵向的焊缝。焊接过程中，可让焊缝自由的收缩，从而使焊接时钢结构的约束力减小，进而焊接应力减小。铺设底板的目的是能够使底板尺寸、形状等满足要求，所以对于焊接顺序要合理确定。一般的底板排版包括丁字形排版、条字形排版、人字形排版以及分块排版等。

3.4焊接变形的控制

3.4.1合理的焊接方法

选择合理的焊接方法对控制焊接变形有着直接的影响，就能量密度来说，选用能量密度较高的焊接方法可有效减少焊接变形。当焊接热输入较小时，其引起的焊接变形可得到一定的控制，但焊接热输入过小将导致焊接效率的降低。为减小因焊接温度场引起的变形，可选择跳焊或者逐步退焊的方式进行。

3.4.2刚性固定法

在焊接前对结构进行固定，增大其在焊接时的刚度，减小其焊接变形量。该方法对刚度较小的构件效果较为显著，随着刚度的增加效果逐渐降低，特别是对于弯曲变形，而对于产生的角变形和波浪变形较为有效。虽然刚性固定法增加了焊接时构件的刚度减小焊接变形，但同时却也增加了焊接应力。

3.4.3反变形法

构件在焊接中将产生弯曲变形、角变形或波浪变形等形式，反变形法即在焊接前将构件装配成与焊接变形相反的预先变形，焊接变形的大小刚好与预先变形一致，通过焊接使得焊接后的构件达到正常状态。该方法在实际运用中存在较大的困难，难以控制预先变形与焊接变形一致，焊接完成后始终存在一定的变形。

3.4.4散热法

散热法是在焊接部位放置铜垫板或用水冷却焊接部位背面，把焊接部位的热量迅速散去，使得焊缝区域受热面积得以缩减，以达到减小焊接变形的目的。但该方法不适用于具有淬火倾向的材料，在将热量迅速散去过程中焊缝易产生裂纹，降低焊缝的承载能力。

3.5丁字梁焊后变形的矫正

丁字梁由于焊接产生的变形有角变形、上拱、旁弯等，矫正可用压力机，调直机来完成也可以用火焰矫正。现将三种变形的火焰矫正介绍如下：角变形的矫正：先在两道焊缝的背面，用烤矩沿着与焊缝相对应的位置加热一道（厚板应加热两道），加热线不能太宽，应小于两道焊脚总宽，加热的深度不能超过板厚，冷却后角变形即可消失。上拱的矫正：矫正上拱变形是在立板上采用三角形加热方式，三角形加热位置应根据变形情况来确定。如果第一次加热后还有上拱，再进行第二次加热，加热位置选在第一次加热位置之间避免重复在原处加热。旁弯的矫正：加热位置选在水平板背面外凸的一侧，一般采用三角形加热，当旁弯矫正后，很可能又引起上拱变形，因此在掌握变形规律后可在矫正上拱时有意过量，既略有下翘，那么旁弯矫正引起的上拱与下翘抵消，就可以简化矫正工作。

结语

制作钢结构件的过程中，经常会发生焊接变形。造成钢结构焊接变形的原因较多，因此在制作钢结构件过程中要对控制焊接变形给以重视。对钢结构件焊接变形进行控制的同时要对于残余应力的控制给以重视。通过对焊接变形的控制，提高钢结构件的质量，保障钢结构件的性能。

参考文献

［1］侯彬．钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术分析［J］．中国金属通报，2019(2):139－140．

［2］魏一凡．钢结构焊接工程技术要点及质量控制技术［J］．建筑工程技术与设计，2019(17):317．