摘要：焊接变形作为钢结构件制作过程中不可避免的一个影响因素，对钢结构件制作成本产生很大的影响，如何利用现代化手段及方法对钢结构件焊接制作过程进行科学化的分析，对焊接过程进行有效的控制，防止焊接变形，对整个工业生产具有很重要的意义。
关键词：钢结构件；焊接变形；控制
引言
我国钢结构需求迅猛发展，焊接技术在钢结构的制作中得到了大量的应用。在焊接过程中，不均匀温度场及其引起的局部塑性变形和比容不同的组织不可避免地会产生焊接应力和变形，如何有效地减少应力和变形成为研究的焦点。焊接应力会影响焊接接头的韧性、疲劳强度和抗腐蚀能力，而变形则会影响产品的几何尺寸和装配质量。焊接变形是应力作用的宏观表现，焊接变形有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪边形、扭曲变形五种形式。
一、钢结构件制作过程中的焊接变形原因
1、材料影响。焊接材料通常是钢结构制作中引发焊接变形的重要因素。而原材料和焊材作为焊接常用的材料就必然要求其物理性能及热力学性能的达标，否则将会对焊接质量、效果产生非常重要的影响。在钢结构的制造中，材料的热传导系数和温度梯度都是焊接变形的影响因素，这两种因素之间的关系是：随着热传导系数的减小，温度梯度会明显增大，材料所受的焊接影响也自然增大，这种情况导致的焊接变形也自然比较严重。比起物理性能对焊接变形的影响，热力学性能对焊接变形影响要大得多也复杂得多。其中影响较大的是膨胀系数。变形通常会随着膨胀系数的增加而变大。此外，弹性模量变大会导致变形减小和材料屈服极限的增大，使得残余应力增加，从而影响了材料的性质，最终导致材料的受力能力受到影响。
2、焊接应力的影响。钢结构件在焊接的过程中，通过焊接材料的高温焊接，会经受急剧的升温和迅速的冷却过程，在这个过程中，钢结构件上的焊接应力会随着温度的变化迅速扩散，扩散的过程中，由于受到各种因素的影响，在钢结构件上分布不均，导致焊接过程中钢结构件的焊接变形，变形的程度的大小，决定了钢轨构件的使用寿命，影响了钢轨构件的生产成本。
3、焊接工艺影响。焊接工艺是钢结构制作的重要环节。其中，对接焊缝方式和多层多道焊接方式往往容易导致焊接变形的产生。前者会使钢结构的横向收缩变形量远高于其纵向收缩变形量。后者所导致的变形程度与焊接层数有着密切的联系，焊接层数越多，所导致的变形程度则越大，层级之间收缩量的不同导致了钢结构焊接变形的出现。
二、钢结构件焊接制作的控制方法
1、设计阶段。①焊缝坡口的设置。施工人员在进行焊缝坡口设置时，要根据建筑工程钢结构施工要求进行设计，将待焊部位设置成几何状的沟槽，保障焊件上需要进行焊接部位的焊缝能焊透，并且还要将垫板放置在焊缝坡口的位置，保障垫板的材料与母材料相同，焊件根部不会被烧。虽然焊缝坡口设置的优势非常明显，但是如果坡口形式选择不当，也会降低焊缝质量。对钢结构的焊接而言，当结构具备足够的承载力时，科学合理的选择焊缝坡口的形式以及尺寸，尽可能减少焊缝截面面积，可最大程度上控制钢结构的焊接变形。例如：对于拼接焊缝，特别是板材较厚的拼接焊缝，为减少其焊接变形，须将坡口设置成非对称坡口。其施焊工艺为，先对坡口较深的一侧的1/3，翻转焊件背面，待焊接完成后，再翻过来焊接剩余的2/3，通过两次翻转焊接，是焊缝成为整条拼缝。实践证明，此方法翻转次数少，焊接变形小，生产效率高。②焊缝数量的设置。在设计焊接结构时，为避免不必要的焊缝，应尽量选用型钢、冲压件等代替焊件，并且要合理地选择筋板的形状，适当地安排筋板的位置，优化肋板数量，力求通过减少肋板数量以及焊缝数量来减少焊接变形，并降低矫正变形的工作量。
2、焊接工艺的合理优化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钢结构件的焊接工艺有三个制作流程，依次分为预热、过程和矫正。其中，焊接过程中预热的常用方法有刚性固定法，预拉伸以及反变形法等。各种方法的使用要根据不同的钢结构件来进行选用，例如大的钢结构件在焊接过程中的变形对整体的成品有着很大的影响，需要采用反变形进行预热，提前根据材料特性计算提前的变形量，并在预热之前进行反向变形以此来抵消焊接过程中的变形量，作为预防焊接变形最佳的选择方法；对热应力感应较为敏感的钢结构件，一般根据钢结构件的大小来决定，较大点的钢结构件宜选用预拉伸法；较小点的钢结构件宜选用刚性固定法。在焊接过程中，采用的方法大多侧重如何减少焊接应力，如在焊接之前及时对各个焊接材料进行预热，预热的时间及程度需要结合当天气温以及焊接材料不同等因素综合考虑，以达到焊接过程中应力均匀传递。
3、热处理措施。采取适当的热处理措施，既能消除应力和变形，又能防止产生裂纹。如厚板下料和焊接前应进行预热，因为预热可降低焊缝金属和热影响区的冷却速度，抑制淬硬组织马氏体的形成，避免气割边缘和焊缝产生较大的应力。如厚度大于100mm的低合金钢板预热温度应高于100℃，加热范围为切割线或坡口两侧150～200mm。焊后进行缓冷或后热，以利于焊缝中扩散氢的逸出，避免氢富集产生应力，后热温度高于150℃，保温2～3h。消除应力的退火处理除了可使氢逸出外还能改善组织性能，退火处理温度550℃～600℃。
4、采取振动时效的方法消除应力。对于不易进行焊缝退火处理的结构件可进行振动时效。振动时效的原理是给工件施加一个与固有谐振频率相一致的周期振动力，使其产生共振，从而产生一定的共振能量，使工件内部产生微小的塑性变形，将残余应力造成的歪曲晶格恢复到平衡状态，从而消除或均匀化残余应力。使用该方法具有生产周期短、效率高，效果好等优点。如果生产周期较长，还可以采取振动时效和自然时效相结合的办法。
5、合理采用反变形法。反变形法其实就是预判钢构件的变形，然后用与其相反的方法进行预先变形来防止钢构件的制作变形。预判其变形需要先对构件进行实验，选用规格材质相同的钢板对其进行焊接，过程中确保焊脚高度和焊缝形式均符合技术规范相关要求，构件冷却后进行测量、记录以及对比，就可以大致预判该构件的变形量了。
6、焊接过程中散热控制。焊接过程的原理就是利用焊接材料的迅速升温进行焊接，钢应力的传递不均匀就是由于温度的传递不均引起的，所以控制焊接过程中散热环节也是一个很关键的环节，利用现代科技的一些特殊化的手段对焊接过程中散热进行处理，使得焊缝周围的热量迅速散开，将会大大减少焊缝变形的几率，此种方法的操作工艺流程较为复杂，但实际应用效果较为明显。
7、矫正阶段控制。在对钢结构进行焊后矫正时，施工人员可以采用机械矫正法和加热矫正法两种方式。采用加热矫正法对焊接变形进行矫正时，施工人员既可以对钢构件的局部进行加热，也可以对钢构件的整体进行加热，整体加热方法主要用于偏差较大的构件矫正中。局部加热矫正方法主要被应用在构件生产过程中，利用火焰对构架局部进行加热处理，构建局部受热后，会产生一定的收缩应力，这种方式会在一定程度上消除钢构件焊接产生的伸长应力，达到矫正钢结构焊接变形的目的。
结语
通过采取适当的设计措施和工艺措施，可以有效地控制钢结构的焊接变形，保证工程质量。由于影响钢结构焊接变形的因素较多，因此出现焊接变形也是难免的。具体问题具体分析，将焊接变形控制在最小范围之内，不要影响到钢结构的尺寸精度和安装技术要求。
参考文献：
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[3]林建新，罗田.钢结构制作中焊接变形的控制分析[J].设备管理与维修，2018（02）：35-36.（35）：159.
论文作者:冯治平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
标签：钢结构论文; 应力论文; 过程中论文; 材料论文; 方法论文; 构件论文; 时效论文; 《基层建设》2019年第26期论文;