摘要：大型钢结构焊接技术是一种非常复杂的操作，其中包括很多复杂的操作和计算工作，这些工作的处理中需要有极强的技巧性，本文通过对大型钢结构焊接生产时焊接变形的控制，简要阐述对于如何控制变形量及如何使变形朝生产有利的方向发展，对大型结构件实际焊接生产具有一定的意义。
关键词：大型焊接结构；寿命和质量；焊接工艺控制；焊接结构控制
引言：焊接是一种拥有非常复杂的变化过程的工艺技术，此技术不仅在建模和数侦求解上存在很多的问题，而且大堕钢结构焊接工艺往往具有相当高的难度，下面我们对此进行具体分析。
1、大型钢机构焊接的难点
大型钢结构焊接中，要想达到有一定精度的工艺，解决结构自由度、焊接热源集中、温度分布不均等问题，就需要在焊接处划分一定细密的网格。网格一旦增加就会给计算工作带来巨大的困难，这也是划分网格带来的新难题。焊接长度过长也会影响大型钢结构焊接的模拟分析。
大型钢结构焊接中过于复杂的瞬态分析，是焊接工艺随时间的变化而产生相应变化造成的。焊接是一个动态的过程，所以需要以静态场的视角来看动态场，分析时间的增量，再对每一个静态场的时间分量进行瞬态地分析。在焊接的过程中，应力场和温度场会受到一定的因素影响而不断发生变化，因此不得不增加一定的时间分量去描述这个现象，以减少数据的分析和计算失误，计算量过于庞大是此过程产生的一个较大的问题。
2、大型钢结构制作中焊接变形的影响因素
2.1 材料因素
大型钢结构制作中，焊接材料是引发焊接变形的重要因素，一般情况下，母材与焊材作为焊接常用材料，其物理性能及热力学性能往往会对焊接效果产生强烈影响。在大型钢结构制造中，焊接变形的影响因素包括温度梯度和材料热传导系数，而这两种因素之间呈鲜明的反比例增长关系，也就是说，随着热传导系数的减小，温度梯度会明显增大，材料所受焊接影响也比较大，此种情况下焊接变形也比较严重。而热力学性能对大型钢结构变形的影响则明显强于材料物理性能，其中以膨胀系数为典型代表。随着膨胀系数的加大，焊接变形也会随之加大。此外，大型钢结构焊接中会形成高温环境，此时材料屈服基线及弹性模量也是影响材料焊接变形的重要因素，其具体关系为：随着弹性模量的逐渐变大，焊接变形会在一定程度上减小，但受到材料屈服极限增大的影响，焊接残余应力显著增强，导致材料受力能力明显降低，使得大型钢结构焊接出现严重变形。
2.2 钢结构刚度
所谓钢结构刚度，是指大型钢结构在弯曲及拉伸变形条件下的抵抗力承受能力，在大型钢结构焊接中，钢结构截面尺寸及钢结构形状是影响刚度的重要因素，实际焊接中若不能加以科学化控制，极易引发焊接变形。一般情况下，钢结构界面尺寸及截面面积主要对纵向桁架及工字钢截面产生影响导致变形问题出现，而钢结构截面形状主要影响丁字钢、工字型钢的弯曲变形量，钢结构抗弯刚度与截面形状对大型钢结构的变形影响存在一致性。
2.3 焊缝位置
就大型钢结构焊接的实际情况来看，不同焊缝位置对结构整体所产生的影响也各不相同，具体来讲，若焊缝出现于钢结构受力部位，则会在一定程度上影响焊缝，并引发焊接变形问题，严重影响大型钢结构整体稳定性，甚至影响大型钢结构使用性能的发挥，给工程建筑埋下安全隐患。
2.4 焊接工艺
焊接是大型钢结构制作中的重要环节，焊接工艺也成为焊接变形的重要影响因素，相关工程实践表明，对接焊缝方式、多层焊接方式等都会在一定程度上引发焊接变形。就对接焊缝来看，应用此种焊接工艺会导致横向收缩变形量明显大于纵向收缩变形量，从而导致大型钢结构出现焊接变形。就多层焊接来看，焊接成熟与变形之间存在密切联系，随着焊接作业中层数的不断增加，焊接变形程度则会明显加大，层级之间收缩量差异导致大型钢结构焊接形最终出现。
3、解决措施
3.1 优化焊接结构布局
焊接结构设计在满足使用要求的前提下，要尽可能消除焊接的变形和应力的集中，主要由以下几个方面综合考虑。
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（1）合理选用型材代替钢板的拼装焊接以减少焊缝数量。型钢的力学性能可以满足大部分钢结构的要求，且价格便宜，在很多结构中可以减少焊接量。焊接量减少了，焊后的变形和焊接应力也自然减小了。
（2）焊接中尽量采用分散焊缝的结构来避免应力集中，对称结构对于防止焊接弯曲和变形更加有效。
（3）在横梁结构的末端焊接刚性支撑件，可以增加结构的强度和刚度，在材质、宽度和承受载荷相同的两个横梁结构中，采用刚性支撑比不采用刚性支撑的焊接结构产生的弯曲变形小。
（4）采用封闭式结构或对角拉条结构可以防止发生扭转变形。同时采用适当的加强筋还可以减小结构的质量，提高结构的刚度。
（5）在抗扭转载荷方面，对角拉条结构比纵向垂直结构更为有效。
（6）确定结构中可能采用的低级别钢材的位置，在实际的焊接操作过程中，高碳钢和合金钢的焊接需要预热和焊后热处理，但这样会增加焊接结构的成本。因此在焊接结构中仅仅在需要的时候采用高级别的钢材，其余的结构都可以采用低碳钢。
3.2 在焊接过程中，要深入理解焊接规范，灵活应用在施工过程中
（1）应避免焊接接头的坡口设计过大，为了减少填充材料的使用，可以减小根部间隙和坡口角度。
（2）厚板结构采用双面V形坡口代替单面V形坡口可以减少焊缝金属，有个别结构甚至可以在保证焊透的前提下创新破口形式，减少焊接金属的填充量。
（3）在小载荷或无载荷条件下，断续角焊缝可以用于代替同样焊脚尺寸的连续角焊缝。
（4）尽量使焊缝位于焊件较薄的区域，使焊缝尺寸主要集中于薄板上。
（5）加强筋或焊接隔板时，不需要过多进行焊接，应尽可能减小焊脚尺寸或焊缝长度。
4、减少焊接应力的技巧和工艺
减少焊接应力也有一些值得学习的技巧和方法，首先要注意合理选用焊缝的尺寸，其次要选用合适的焊接参数和材料，采用一定的焊接工艺，进行一定的热处理措施，同时搭配振动时效方法减少应力。焊缝的热胀冷缩会形成焊接应力，焊接区域小，焊接后的变形程度就会较少。我们在进行焊接时会考虑到提高金属的抗裂性、塑性、韧性，降低一定的应力，所以我们需要选择合适的材料进行焊接。一般情况下为了与母材达到一致会增加锰和硅的含量。
5、焊接变形控制的优点
（1）有效地利用了焊接变形与反变形的关系，使焊接变形朝有利的方向发展，省去了人为其矫正的繁琐复杂的工作。
（2）有效地制止了焊接时的有害变形，例如角变形、波浪变形、错位等，不必进行焊后的变形矫正，节省了大量的人力、物力，带来了巨大的效益。
（3）这种变形控制方法在焊前分析拟定，有着明确的理论依据，保证构件焊接一次成功，对于相似的大型梁构件有着较高的借鉴价值。
6、结语
总而言之，大型钢结构制作中的焊接操作是工程建设中的重要环节，一旦出现焊接变形问题，会严重影响大型钢结构使用性能，因此在大型钢结构制作及焊接操作时，应当全面分析焊接变形的影响因素，结合大型钢结构焊接标准进行分析，采取有效方式控制焊接变形，提高大型钢结构焊接质量，保证其在建筑施工中具有良好的稳定性。
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论文作者:郭锂
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/4
标签：钢结构论文; 结构论文; 应力论文; 材料论文; 刚度论文; 因素论文; 截面论文; 《基层建设》2019年第11期论文;