摘要：钢结构在焊接过程中的应力变形一直是影响钢结构质量安全的头等难题，这不仅会影响到建筑物的整体质量安全，与此同时还会增加市场施工的难度，由于钢结构是严格按照标准化制作的，因此它的尺寸大小都是严格限定的，一旦发生变形这将会导致钢结构不能够进行精准安装对接，严重的威胁到建筑物的安全。基于此，本文将对钢结构焊接变形的起因及其控制方法进行讨论。
关键词：焊接变形；控制措施
引言：钢结构的连接主要是通过高强度螺栓紧固和焊接这两种方式来实现的，焊接作为比较常用的一种钢结构连接方法，它是通过高温加热钢材使其焊接在一起的一种方式，众所周知，金属的导热性较好，高温时它的发生膨胀而产生变形，因此我们在进行钢材料焊接作业时要重视对钢结构焊接变形的控制和矫正，这样才能够提高钢结构的焊接质量和使用寿命。
1钢结构制造中焊接变形的产生机理
现阶段装配式建筑的出现带给钢结构更多的发展空间，钢结构照比传统的混凝土存在施工灵活、重量轻、强度高以及刚性好等特点，因此它深受建筑行业的青睐。焊接作业也是钢结构制作和施工的一种常见手段，它在持续的给金属材料进行加热时会使其发生自由行膨胀，而加热部分的周围因为余温的作用膨胀的不是很明显，从而产生塑性变形。因此，为了提高钢结构的制造质量，我们需要对焊接过程加以控制，防止钢结构的焊接形变过大而影响到钢结构的整体质量。
2钢结构件焊接变形原因
在对金属进行持续的加热时，由于高温超过金属的熔点使其发生融化与其他材料融为一体，然后这时再降低问题使其重新凝固成新的连接体，这就是我们常见的一种焊接工艺。钢材料在进行局部高温加热时，加热部分的周围会因为与加热中心存在着温差而产生受热不均，进而导致形变。与此同时金属受热时发生膨胀时受到周围金属的挤压影响到其进行自由拉伸，这也会导致钢结构构件产生变形。钢结构件变形影响因素主要有以下几方面：
（1）焊点的数量较多、焊接尺寸过大都是导致焊接变形的一个因素。因为需要进行对焊接区域进行长时间的加热就会导致金属膨胀的比较厉害，所以发生形变的程度也就越大。
（2）在进行焊接作业时焊接的分层数较少所引起的焊接形变。据统计，分层焊接的层数越多，每层需要的线能量越小随之带来的变形越小。即第一层的焊缝收缩变形最大，第二层的焊接变形量是第一层的20%，第三层的焊接变形量是第一层的5%-10%。
（3）在进行焊接作业时，不同的金属材料会有一个起始温度，起始温度越高所具备的线能量就越高，金属材料焊接区域周围的温差就越大，变形的程度就越大。
（4）由于人工对于温度、焊接时长的把握不够准确，焊接变形量较大；自动焊要比人工焊接更加的规范，它加热集中，受热区域窄，因此焊接结束后所引起的变形量较小。并且连续焊和断续焊所制造的温度场不同，它们的形变量也不相同，断续焊因为加热不持续所有金属的受热时间段，形变量较小；连续焊因为要进行长时间的加热，加热区域与周围的温差持续时间长，所以变形量较大。
（5）焊点和焊缝的设计应尽量做到对称，然后严格的按照焊接工艺的顺序来进行焊接作业，这样可以将变形的影响降至最小，但是它仍旧会产生线性变形；假如焊缝的位置设计不对称，在焊接过程中所呈现出来的形变属于弯曲变形。
（6）焊接参数的影响，包括电弧电压、焊接电流、焊接速度。焊接时选择合适的电流和焊条直径，焊接电流偏大，焊条直径过粗，均会使焊接速度变慢，焊接变形较大。大电流密度、低压、高速的自动焊产生的变形较小。
（7）焊接接头形式的不同也会造成不同的焊接变形。我们在进行焊接作业时，对接头的横、纵、角度的把握不到位也会影响到焊接的施工作业。
（8）不同的金属材料的物理性质不同也会影响到形变的程度，尤其是进行两种金属焊接作业时所产生的形变程度也不相同。
3钢结构焊接变形的防治策略
一般情况下，控制钢结构件变形需从设计方面和工艺方面采取措施。
3.1设计方面
（1）选择合理的焊接尺寸和形式。焊接尺寸的大小关系到焊接作业的变形量和施工量，加热时间越长焊接的变形量越大。因此在进行钢结构加工焊接时应尽可能减小焊缝截面积和坡口尺寸，这样就可以避免需要进行长时间的加热，另对于板缝间距较大的接头焊接作业要采取 “X”型破口进行焊接。
（2）减少焊缝数量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆焊缝数量越多金属材料的形变量就会越大，加上需要长时间的进行焊接导致焊接的表面受热不均，为了减少焊缝的数量可采用其他金属焊接来替代焊件。
（3）合理设计结构形式和焊缝位置。焊接结构的设计应选择变形量小、板材厚度较薄的金属材料，并且要尽可能的减少焊角尺寸和骨架间距，减低弯曲或者曲线结构设计，这样才能够确保焊接的设计更加合理，同时也有助于降低焊接作业的施工难度。焊点以及焊缝的设计尽可能的做到对称，降低梁、柱等主体结构发生形变的几率。
3.2工艺方面
所谓的工艺措施就是指在生产焊接钢结构件时采取的相应措施，这个可以分为预防措施（焊接之前）、控制措施（焊接过程中）以及矫正措施（焊接之后）。
3.2.1预防措施
（1）反变形法。金属材料的在焊接加热时通常会发生一定程度的形变，因此我们需要采取措施对形变量加以矫正，这时就需要用到反变形法。它是在钢构件施工前先对焊接变形的大小和方向进行预估，然后按照组装的先后顺序对焊接变形加以控制和抵消，从而实现对构件的标准化制造。
（2）刚性固定法。它是指不采取反变形法来对钢构件进行紧固，根据钢结构构件的变形方向来加以反向矫正。
（3）预拉伸法。它是指通过加热预拉伸或者机械拉伸的方法来进行焊接作业，它主要侧重在板材较薄的钢材上实施的，等到焊接结束后撤销拉伸即可恢复到起始状态，这样可以避免发生波浪性变形。
（4）选择合理的装配顺序。这种方法是通过合理的安排焊接顺序，达到焊接变形相互抵消，降低变形的目的。
（5）提高焊接作业的施工水平，灵活的选取合适的焊接方法以及在焊接作业过程中规范操作，这将有利于预防焊接变形。
3.2.2控制措施
焊接过程中选择何种的焊接方法、焊接参数以及焊接次序等均可以减小焊接变形。
（1）焊接作业多以厚度较薄的钢材为主，对于板材较厚的钢材多以多层焊接施工作业。一般可以先对钢材进行双面对称坡口设计，然后可执行正方面两面焊接作业。
（2）在进行焊接施工作业时要遵循“先短焊后长焊”的原则，特别是在进行长焊缝焊接时首先进行断续焊接，然后再集中起来进行长焊接，这样可以减少变形量。
（3）对于结构复杂的钢结构制作，所牵涉的焊缝较多，因此需要按照焊接的先后顺序以及钢结构的结构特点来进行焊接作业，依据“先大后小、先里后外”的原则，这样可以有效的降低焊缝的变形量。
（4）横向加强肋和纵向加强肋的焊接采用断续焊，内环板和中心板之间的焊缝要均匀对称焊接。
3.2.3矫正措施
钢构件焊接变形的矫正是可以加以控制的，可通过加热矫正和机械矫正这两种方式来执行，加热矫正又分为整体加热和局部加热两部分。
（1）加热矫正。对于需要进行焊接的焊件形状较大时，一般可采用整体加热矫正，等待钢结构达到锻造温度后可再进行矫正。它的缺陷在于整体加热时会与环境发生冶金反应，因此不可大范围的使用；局部加热矫正的方法则是通过对钢结构局部加热来实现，利用局部加热时可以通过金属材料的热胀冷缩来消除变钢材的变形。局部加热法无需专门的设备，操作简便灵活，应用广泛。
（2）机械矫正法。它主要是借助机械设备来对构件和焊接变形方向加以控制，一般在工业上多采用此法。一般多以手工锤击敲打为主，可用锤击来击打焊缝抵消因为加热而产生的变形。
结语：
钢结构焊接质量控制体系管理程序的健全，焊接变形的质量控制，应从尽快建立健全严谨的图纸设计管理程序着手，使钢结构焊接设计合理化，从源头上为结构施工焊接创造有力的基础性支持，并在施工过程中不断完善焊接质量管理，有效的控制焊接变形，最大限度地减少焊接变形，针对不可避免的焊接变形，还要坚持不懈地实践和提高焊接变形矫正工艺水平。
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[3]李勇.钢结构焊接变形控制技术[J].江西建材,2017(06):106+108.
论文作者:曹海涛,陈亮见
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
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