钢结构焊接变形及其应力研究与分析

赵艳红

摘要：由于钢结构在施工过程中可以有效提升效率，在许多建筑施工中都会结合实际情况而选择钢结构进行施工。在本文中主要阐述钢结构焊接发生变形的原因，并分析钢结构发生变形的不同类型和危害，最后提出应对的策略，希望能够对今后钢结构焊接施工提供一定的技术参考。

关键词：钢结构；焊接；变形；应力研究；分析

在施工过程中，由于钢结构具有如下的优点，如自重轻以及施工周期较短等，使得这一施工技术得到十分广泛的运用。然而由于钢结构自身所出现的各种缺陷和潜在隐患需要给予高度重视。因此，在本文中重点对钢结构焊接中所出现的变形情况进行分析，并提出对应的解决策略。

一、概述某企业实施钢结构焊接的情况

国内国外的大型建筑或高层建筑愈来愈趋向于钢构式架构形式，而此类结构均不一而足地采用焊接形式。某企业作为该地区重要的发展企业之一，随着各项施工项目逐渐增加，钢结构的需求量在逐渐增加，为了能够有效满足市场的需求，该企业在大力推进钢结构的焊接工作进度。但是受到设计和焊接工艺的影响，导致焊接构件出现变形的情况，从而影响钢结构的质量。

二、阐述钢结构焊接发生变形的原因

在加工过程中，焊接构件需要接受如下两种不同的处理程序，即焊接和逐渐冷却，但是在这一过程中焊接构件的局部受热出现不均匀的情况，而且焊接构件冷却不佳等，此时就会导致焊接构件产生一定的焊接应力或者发生变形的情况，即出现焊接变形的问题，甚至出现焊接裂纹。因此，钢结构焊接中使得构件的局部加热或者是周围区域产生高温的情况，导致室内外出现一定温差，加上焊缝附近的金属受热产生膨胀，但是远离的焊缝金属则未受热也不会出现膨胀的情况[1]，二者的差异性导致焊缝的周围出现缺陷（如图一），进而使得金属周围出现塑性变形问题。出现这一情况就影响焊接金属的自由收缩性，同时也难以充分保障钢结构焊接的质量。

图一钢结构缺陷

三、分析钢结构发生变形的不同类型

（一）纵向变形

钢结构发展该类型的变形情况主要是由于焊接之后，焊件会沿着焊接的方向而逐渐发生收缩。

（二）横向变形

在加工钢结构过程中，施工人员在焊接之后对焊件的垂直和焊接方向没有控制好，进而出现横向变形的问题。

（三）挠曲变形

钢结构焊接加工过程中发生该类型的变形主要是由于穿过焊缝线和板件垂直之间在平面中发生的变形问题。

（四）角变形

在加工钢结构焊接中发生角变形的情况，在施工人员在焊接之后，其构件中的平面会围绕焊缝的方向而产生一个角位移的问题[2]。

（五）波浪变形

对于钢结构焊接而言，发生波浪变形的情况主要是焊接之后，其构件的表面出现波浪形的情况。

四、钢结构焊接变形应对措施

（一）从设计角度做好控制工作

1避免焊缝集中

通常情况下，焊缝不能够过于集中，或是在多个不同方向上焊缝会相交在一个点，若出现这一情况，相交处则会逐渐形成一个多向的同号应力场，进而导致钢材变脆，因此，工作人员就可以提前做好设计工作，即在焊缝连续的情况下采用断开次要焊缝的方式进行构造，能够有效防止出现多个不同方向的焊缝发生相交问题。此外，焊缝布置为良好的对称性[3]，而且连接处需要保持一定的平滑性。如果出现焊接不同的宽度情况或是厚度时，此时就采用坡度过渡方案进行焊接。

2控制好焊接尺寸

为了能够控制好钢结构变形的情况，需要尽量地减小焊缝对应数量和尺寸，在处理过程中宜采用适宜的焊脚尺寸和长度，然后在搭接角焊缝的时候则可以防止焊接热量出现集中的情况，如通过细长焊缝的方式进行焊接。此外，在处理具体搭接连接过程中，施工人员不能采用正面角实施焊缝传力[4]，此时宜搭接一个长度约为薄板厚度5倍的钢板作为辅助焊接的工装。

3设计好焊接位置

在钢结构焊接过程中，需要避免母材的厚度方向出现收缩应力的情况，此时工作人员需要设计好焊接的位置（见下图二），并且可以合理地布置好位置。

图二焊接位置

（二）从焊接工艺角度分析

1合理地选择焊接顺序和焊接方向

在钢结构焊接中，工作人员需要采用结构对称的方式实施焊接，即对称施焊法。若焊缝多且集中，可通过此方式对钢结构有序实施焊接；如果出现焊缝大于一米的情况，为了能够保持焊接的合理性[5]，则宜通过通过分段退焊法进行焊接。

2控制好焊接空间

在钢结构的焊接工作中，可以坚持先焊短缝后焊长缝的原则，焊接时应让焊缝获得足够的自由收缩空间，减小结构在焊接时的约束力，从而减小焊接应力。此外，为了充分保证在受力较大情况下，焊缝需要焊接获得良好伸缩空间，此时需要将受力较大的位置作为主要焊缝，而后焊受力小作为次要焊缝。

4预热

其原则是减小焊接部位和焊件上阻碍焊接区自由收缩部位之间的温差。具体做法是，在钢结构实施焊接之前，工作人员需在结构的适当部位进行加热（一直到温度大于100℃），使其伸长。冷却时，这两个部位同时收缩，能够快速降低焊缝中发生温度不均匀变化的情况，减小焊接区的应力，通过此方式能够很好地防止因温度变化而逐渐产生裂纹的问题。5高温回火

焊接之后，通过高温回火方式可以有效帮助钢结构减少变形的问题。通常情况下，高温回火主要将焊接构件进行加热[6]，使得温度达到600至650℃，同时保持对应的时间，再进行冷却。

结束语

对于钢结构构件而言，在加工制造以及安装过程当中需要充分保证其焊接质量，并且能够采取对应的方式有效控制加工过程中的焊接应力以及焊接变形情况，从而充分保障钢结构在加工或者是施工过程中可以取得良好的焊接效果。在本文中结合钢结构焊接发生变形的情况而提出具体的解决对策，对今后建筑市场发展以及施工等都带来良好的作用。

参考文献：

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[2]罗永峰，叶智武，陈晓明，郭小农，强旭红.空间钢结构施工过程监测关键参数及测点布置研究[J].建筑结构学报，2014，35（11）：108-115.

[3]薛建阳，吴占景，隋，刘祖强.仿古建筑钢结构双梁-柱边节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2015，36（03）：80-89.

[4]沈祖炎，罗金辉，李元齐.以钢结构建筑为抓手推动建筑行业绿色化、工业化、信息化协调发展[J].建筑钢结构进展，2016，18（02）：1-6+25.

[5]张巧霞，许沫，王秀通，李红，韦秦怡.重防腐涂料在海洋工程钢结构中的研究进展[J].装备环境工程，2015，12（04）：60-65.

[6]刘学春，浦双辉，徐阿新，倪真，张爱林，杨志炜.模块化装配式多高层钢结构全螺栓连接节点静力及抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2015，36（12）：43-51.