钢结构焊接的变形控制

钟炳波

钟炳波

云南昆钢钢结构股份有限公司云南昆明650302

摘要：本文对建筑钢结构焊接可能出现的问题进行了分析，并提出了解决这些问题的措施和实际建筑过程中需要注意的点和可以预防的点。

关键词：建筑钢结构；焊接；变形控制；技术

引言

钢结构构件如果发生了焊接技术变形没有及时校正，就会对建构筑物的整体安装质量造成不利影响，而且这些构件所承受的重量也会比正常值少很多或多很多，可能会导致构件系统性受力失稳，重则发生危险。控制焊接变形，并且加以解决，才能够保证整个工程的质量，同时提高企业的生产效率。

1钢结构焊接变形的概论与分析

钢结构钢构件可靠的连接形式主要有栓接、铆接和焊接等，栓接、铆接主要用在钢结构装配阶段，而高效快速的焊接技术已经广泛地应用于钢结构的制作和安装的过程当中，更多的是用在构件制作阶段。焊接技术作为钢结构制作过程中的主要连接技术，仍然存在的一些不足，尤其是存在焊接形变的问题。一方面，焊接时会产生高温，冷却后会产生低温引起的收缩应力，另一方面，温度收缩和受热不均会导致钢结构构件的变形，影响钢结构的性能和外观。

焊接时焊缝及其附近的热影响区域受热后膨胀，四周低温区阻止其膨胀，于是，在焊接区域内会产生收缩应力和变形，造成不同程度的纵横向收缩变形，这是造成各种焊接变形的主因。钢结构焊件冷却至常温状态后，焊件焊缝及附近区域的拉应力没有与母材的压应力达到平衡，这就产生构件的本身的焊接残余应力。在焊接应力的作用下，焊件会产生各种形式的变形，变形的表现分为两种情况：整体和局部变形，整体变形包括纵向、纵向收缩变形和翘曲变形；局部变形体现为角变形、波浪变形、扭曲变形。

无论是对体积大的构件件进行焊接，还是对于体积小的工件进行焊接，在焊接过程中，受到高温的作用必然会导致形变的产生。而钢结构焊接过程中，若因受热而发生变形，将会导致整个钢结构构件在各方面都无法达到设计所规定的标准，对整个建筑施工质量的影响十分巨大，也会导致现场的穿孔率和安装率大大降低，无法发挥钢结构作为装配式建筑主要承载体系的快速、高效优势。

2钢结构焊接过程当中变形的影响因素分析

钢结构的焊件焊接变形影响因素较多，主要有以下几点：

2.1焊缝位置的设置

焊缝应沿焊件对称分布设置，否则会发生弯曲变形；

构件的刚度：构件焊接后，焊缝会产生纵向和横向收缩变形产生拉应力，对于刚度大的焊件，在拉应力的作用下产生的变形比较小，而刚度小的焊接结构在拉应力作用下就会产生较大的变形；

2.2拼装和施焊顺序

不合理的装配工艺和施焊顺序，会导致构件完成后产生不可逆的结构性变形。对长焊缝，采用分段退焊、多人对称焊及跳焊法，先焊收缩量大的接头，并预留焊接收缩裕量，或利用反变形法进行控制；

2.3原材和拼装质量

原材和拼装对焊接变形也会产生影响。比如，拼装间隙过大，焊缝的横向收缩会增大；

总之，只有全面分析各种不同的原因，掌握各种不同变形的影响，对影响所存在的地方进行一些合理的控制措施，才能使得钢结构在焊接后的效果更加良好。最后，焊接的工艺也会对焊接过程中的变形带来一定的影响，不同的焊接方式所产生的影响的大小也各不相同。当焊接过程中使用的电流偏大时，整个焊接的速度将会比较缓慢，所以较容易导致焊接过程中的变形情况，而且在对不同材料的钢结构进行焊接时，所带来的影响也各不相同。总而言之，钢结构在焊接过程中产生变形的原因有很多，如何在条件复杂，因素不同的情况之下更好的对钢结构进行焊接，保证焊接变形的情况不再出现。需要进行全面的、综合的探究。

3钢结构焊接变形的控制措施

3.1钢结构焊接变形在设计阶段的控制措施

（1）工艺方面：在焊接的时候焊接点的选择尤为重要。首先，焊接的时候，要对每个区域进行客观全面的分析，在一些危险的地方，例如承受能力较弱的地区，应该尽量减少焊接的概率，因为该区域因为自身的一些特点对外界的承受能力较弱，而且在焊接的过程中，极会因为热度等其他问题造成该部分的变形，甚至使钢结构发生破裂。在诸多焊接参数中，焊接线能量与焊接变形成正比，焊接线能量越大则焊接时产生的塑性变形区面积越大，焊后的焊接变形越大，反之则越小。

（2）规范方面：对焊缝的数量及其尺寸进行控制。在进行钢结构焊接的时候，要充分考虑钢结构焊接的区域与钢的横截面区域进行相对完美的衔接，这样可以减少钢结构焊接的变形。在进行焊接点构造设计的时候还应该综合考虑钢结构的系统性，减少焊接的次数，也就说对钢结构焊接采用精确的设计，该焊接的地方要合理进行焊接的设计，对焊接的对称性、焊接的大小，面积等进行精确的计算，减少对钢结构造成不必要的焊接的损坏。

（3）线能量方面：对焊接的区域也要进行合理地处理，要尽量采用钢结构较软，较合理的区域进行焊接，减少由于焊接的方式、节点导致焊接的区域因为其他原因造成焊接区域的温度较高，造成钢结构的变形，甚至断裂。最重要的是要考虑钢结构焊接的可实施性，对钢结构焊接进行可行性评估，在评估中，要考虑到钢结构焊接的安全性等。作出一个科学的评估。

3.2钢结构焊接变形在施工阶段的控制策略

（1）刚性固定法：在钢结构焊接过程，焊接手法变得至关重要，在焊接的过程中，焊接手法的好坏直接决定钢结构焊接能否减少变形甚至断裂的概率，也能保证钢结构焊接的成功率。首先，在钢结构焊接之前的准备工作中，应当做系统地处理，将需要组装的各个零件进行有序地、合理地安排设计，来较少钢结构焊接的概率，从而减少钢结构焊接变形的概率；在不同的区域采用不同的焊接方式，例如，在需要横截面保持一对一对接的地方，采用一对一对接的方式，在需要点对点对接的时候，采用点对点对接的方式；遇到需要大面积焊接的区域要采用规模化的焊接，这样针对性地处理，可以减少焊接发生变形的概率。

（2）反变形法：是针对焊接之后的角变形的问题。在焊接施工操作之前，先确定构件焊接变形的大小和方向，力求在焊接完成后可以满足具体的设计要求。

3.3焊接现场管理

在对钢结构焊接的过程中，合理减少外界不必要的因素对钢结构焊接的影响，其中最重要的一点就是现场的人员的流动，对现场人员的系统化、有条理地处理，也有利于降低钢结构焊接发生变形的概率，对人员管理的过程中，有几点是十分重要的：首先应该对进行焊接工作的员工进行安全检查，这里面主要包括有是否具有上岗的资格，是否具有相关的工作经验，是否经过相关的培训，以及之前焊接的评级等；其次，对进行钢结构焊接的员工进行工作态度的考核，主要包括有钢结构焊接人员的心理素质、专业度等进行综合的分析，来确保钢结构焊接的质量得到保证；要按照行业以及国家的标准来规范化钢结构焊接过程中的流程，使其标准化，实现质量的保证，钢结构之所以能够在建筑行业得到广泛应用，是因为钢结构具有很多其他结构所没有的优点。当钢结构在焊接过程中出现变形的情况时，一定要进行相应的解决，才能更好地提升建筑施工的质量。在对焊件进行焊接工作时，要更好地把控焊接的尺寸，一定要根据不同的需求来使用合理的技术，这样才能减少焊接变形。

4结语

焊接的变形会对整个建筑钢结构产生一些非常严重的影响，为了避免这种状况，必须要提升整个焊接工程的制造工艺，采取一些方法和预防措施保证焊接符合国家相关规定，在实际的操作中，要注意总结发生的问题，不断提高施工人员在实践中的能力。同时，要结合相关技术的发展，在领域内多交流学习，来不断提升和完善此方面的技术。

参考文献

[1]区达铨,王发展,赵申,郑建校,刘太平.大型复杂框架结构焊接变形与应力控制仿真[J].中国机械工程,2018,29(05):616-622.

[2]王彤.钢结构焊接残余应力及变形控制分析[J].内燃机与配件,2018(03):117-118.