中交世通重工（北京）有限公司 北京 100024
摘要：钢结构在铁路桥梁及车站工程中广泛应用，而钢结构的应用需要焊接技术的支撑。焊接会受到焊接过程中的环境、温度和湿度等多方面的影响，导致钢结构产生各种各样的变形。轻微的焊接变形会对施工质量造成严重的影响，甚至毁掉整个工程，危害人民的生命财产安全。
关键词：钢结构；焊接变形；控制技术
1焊接变形的原理
在众多的焊接方法当中，电弧焊由于设备轻便，搬运灵活，适合于钢结构的施工作业等特点，成为主要的焊接方法。电弧焊就是在钢构件连接处，借助电弧放电所产生的高温，将置于焊缝部位的焊条或焊丝金属熔化，同时将工件的表面熔化，形成焊接熔池，将两块分离的金属熔合在一起，从而获得牢固接头的焊接方法。
在施焊过程中，焊件会发生变形，这种变形是暂时性的。当焊接完毕以后，构件完全冷却，会有一部分变形残留下来，形成焊接变形。焊接变形的实质取决于两个方面，一是焊缝区的熔融焊缝金属在冷却凝固收缩时产生了变形，导致构件发生纵向、横向或者角变形;二是焊缝区以外的焊件区域，由于熔融焊缝金属会将高温传递到焊件上，在焊件上形成热影响区，焊件在被加热和随后冷却的过程中产生变形，这种变形是一种单纯的热变形，如果焊件的热变形受到本身的刚度限制，就会引起焊件的变形。
2钢结构焊接变形的种类及产生原因
2.1钢结构焊接变形的种类
焊接变形一般可以分为面内变形和面外变形。焊接变形的面内变形可分为焊缝纵向收缩变形、横向收缩变形和焊缝回转变形，面外变形可分为弯曲变形、角变形、扭曲变形和失稳波浪变形。其中，纵向收缩变形和横向收缩变形是最基本的两种变形形式，而在不同焊件中，这两种变形往往会因焊缝的数量及位置分布不同，表现出其他形式的变形。
2.2钢结构焊接变形的产生原因
一般情况下，钢结构的总焊缝位置是不同的，这就导致其所产生的变形程度及形态不同，焊缝位置的差异多是由于坡口角度及接头形式产生的。角变形是焊接后围绕焊缝产生的角位移，是在沿着板厚度的方向出现焊缝收缩量不均匀而产生的。构件刚性不同，所产生的变形程度也不同。在相同的受力情况下，刚性较大的构件变形程度小，反之刚性较小的构件变形程度较大。如两种较薄的钢结构在进行焊接时，刚性较大的薄片则不易产生变形。钢结构的装配方式及焊接的顺序不同也会造成钢结构在焊接过程中产生不同的变形。在焊接过程中如果对刚性较弱的构件施加载荷，非常容易发生变形。由于焊接材料不同，钢结构焊接后产生的热胀冷缩程度也大不相同。一般而言，焊接材料线膨胀系数大则产生的变形程度也大。比如铝材比碳钢材料的线膨胀系数要大，所以在进行焊接时，铝材的变形概率比碳钢材料的变形概率大。钢结构在焊接时，当焊件受热自身温度升高时，此时钢结构的变形程度取决于自身体积大小，体积越大则越不容易发生变形。焊缝的截面积大小同样会影响焊接的变形程度。例如具有相同尺寸的焊接构件，实际截面积尺寸越大则需要的线能量越大，收缩变形越大，焊缝的截面积也会越大，钢结构冷却时产生的塑性变形越大。在其他焊接条件相同的情况下，不同焊接方式会产生不同的变形情况。不同的焊接方式产生的变形程度从小到大依次是二氧化碳气体保护焊—手弧焊—埋弧焊，选取合理适宜的焊接方式能有效降低钢结构的焊接变形。
3钢结构焊接变形控制技术要点
3.1选择焊接材料
焊接车间在选购材料的时候就应该充分的对钢材性能进行充分的调研和分析，结合焊接工件成品最终的性能要求来选择合适的材料，而不应该为了节省施工成本而选择那些劣质和廉价的材料。
3.2选择焊接技术
(1)反变形法焊接技术。
目前，焊接工件因为受热收缩变形通常都会向着焊接一侧收缩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这个时候为了避免出现变形，就可以在放置焊接工件的时候，先向外弯曲一定角度，先给出一些变形余量。比如焊接90°的工件的时候，可以先将工件摆放为92°～95°，焊接收缩以后工件就会回到90°的位置。但这种方法适合那些精度要求不高的焊接工件，并且还要在焊接完成以后适当的调整其角度。
(2)刚性固定法焊接技术。
刚性固定法焊接工艺指的是将焊接工件紧紧固定，利用外力防止其变形。为了避免工件受到热应力和刚性力的破坏，在焊接的时候应该先进行点焊，点焊完成以后再进行拉焊。上述这两种方法都能够有效的解决焊接变形问题，但在焊接过程中还应该注意过程检测。即在钢结构焊接全过程中，及时的测量关键性参数，一旦发现这些参数因为焊接过程产生偏差，就应该立即进行相应的调整，避免工件焊接完成以后与预期相差过大而产生报废。
3.3优化焊接过程
在焊接施工过程中，应该尽可能的避免两个焊接工件出现厚度差异过大的现象，焊接材料尽可能的选择一致，给钢结构焊接过程提供优良的初始条件。在钢结构焊接之前，不仅要进行必要的预热，还应该进行焊接预实验，即调整好电流电压以后，现在闲置材料上进行预实验工作，确保无误以后在进行焊件焊接，避免初始电流过大直接穿透材料。如果钢结构焊接过程出现了裂缝，那么焊接员工应该立刻停止焊接过程，并检查焊接点的位置有没有出现偏差。经过必要调整以后，继续进行焊接工作，并补全之前的裂缝。
3.4加强焊接温度控制
在钢结构焊接施工过程中，严格控制焊接温度，能有效避免产生焊接变形，比如，在对一个焊缝处的金属进行焊接时，应该尽量避免对周边金属造成影响。焊接施工完成后，应该及时采取有效措施进行降温，避免金属余温对周边金属造成不良影响。除此以外，如果焊接施工顺序安排不当，也会造成焊接变形，因此还需要结合工程实际需要合理安排焊接顺序，比如，施工人员要消除挠曲变形，可以对钢结构进行上下焊接或者对角焊接。
3.5消除残余变形
在钢结构焊接施工过程中，造成结构发生变形的因素有很多，包括温度、重力、钢结构材料、承载力等等，另外，焊接施工环境以及焊接施工工艺也会对焊接变形造成一定的影响，因此，在焊接施工过程中，必须积极总结经验，并采取有效的预防措施。加热矫正引起的应力会与焊接应力叠加，同向应力叠加甚至可能会使构件的总应力超过允许应力，从而导致构件承载力增大引起结构破坏。对于钢结构焊接变形，有一部分可以在焊接施工过程中有效避免，而另外一部分则可以在施工过程中进行有效控制，提高焊接生产效率，保证工程施工质量，而这就要求在钢结构制作过程中合理选择施工工艺，尽量避免构件发生形变。
3.6避免焊后开裂
焊后开裂问题对于钢结构焊接来说是非常致命的，为了提高焊件质量，首先就应该加强对于钢结构焊件的质量检查工作，第一时间将存在焊后开裂风险的焊件截流，在车间内部进行修复，避免其流向下一道程序。其次，目前很多焊件焊后开裂的发生都是因为焊接操作者没有按照既定的流程操作，焊接不规范等现象广泛存在。因此，焊接车间的相关领导和各组组长一定要做好对焊接员工的工作监督，提高对他们操作工艺的要求，必要的时候要进行相应指导。比如在对大型钢结构工件进行焊接的时候，不要一味的使用大电流进行拉焊，必要时还应该使用小电流进行补充，避免工件因为热应力而产生崩裂现象。另一方面，在焊接过程中如果发现某些区域没有焊透，应该及时的进行补救操作，同时也应该在补救过程直播那个避免工件出现变形和弯曲。最后，钢结构的焊接一定要遵循设计之中所注明的焊接顺序，按照既定顺序进行焊接操作，从而保证钢结构工件焊接过程的科学合理性，增强焊接本身的稳定性。
4结语
钢结构焊接质量和结构安全息息相关。随着科学技术发展，钢结构焊接技术也在不断进步，但仍易遭受温度、环境、湿度等影响出现变形。施工人员能在焊接中采取有效的措施减少焊接变形，质量也稳步提升。
参考文献
[1]薛晓林.钢结构焊接变形控制措施研究[J].硅谷,2014,02:119+121.
[2]高传孝,李灵芝.浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国建筑金属结构,2013,10:6-7.
论文作者:杨彬坚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/9
标签：钢结构论文; 工件论文; 过程中论文; 构件论文; 刚性论文; 材料论文; 程度论文; 《基层建设》2017年第15期论文;