摘要：钢结构在焊接过程中出现变形是不可避免的,但可以通过合理的施工措施来予以控制。本文对钢结构经过焊接加工后变形种类进行分析,然后分析焊接变形的成因,最后指出预防和减少焊接变形的方法,并对焊接变形矫正给出方法。
关键词：钢结构；焊接工艺；焊接变形；控制方法
1钢结构焊接工艺
钢结构焊接制造(即焊接结构生产)是从焊接生产的准备工作开始的，它包括结构的工艺性审查、工艺方案和工艺规程设计、工艺评定、编制工艺文件(含定额编制)和质量保证文件、定购原材料和辅助材料、外购和自行设计制造装配-焊接设备和装备;然后从材料入库真正开始了焊接结构制造工艺过程，包括材料复验入库、备料加工、装配-焊接、焊后热处理、质量检验、成品验收;其中还穿插返修、涂饰和喷漆;最后合格产品入库的全过程。
2施工准备
2.1材料及主要机具
2.1.1电焊条:其型号按设计要求选用，必须有质量证明书。按要求施焊前经过烘焙。严禁使用药皮脱落、焊芯生锈的焊条。设计无规定时，焊接Q235钢时宜选用E43系列碳钢结构焊条;焊接16Mn钢时宜选用E50系列低合金结构钢焊条;焊接重要结构时宜采用低氢型焊条(碱性焊条)。按说明书的要求烘焙后，放入保温桶内，随用随取。酸性焊条与碱性焊条不准混杂使用。
2.1.2引弧板:用坡口连接时需用弧板，弧板材质和坡口型式应与焊件相同。
2.1.3主要机具:电焊机(交、直流)、焊把线、焊钳、面罩、小锤、焊条烘箱、焊条保温桶、钢丝刷、石棉条、测温计等。
2.2作业条件
2.2.1熟悉图纸，做焊接工艺技术交底。
2.2.2施焊前应检查焊工合格证有效期限，应证明焊工所能承担的焊接工作。
2.2.3现场供电应符合焊接用电要求。
2.2.4环境温度低于0℃，对预热，后热温度应根据工艺试验确定。
3操作工艺
3.1工艺流程:
作业准备→电弧焊接(平焊、立焊、横焊、仰焊)→焊缝检查。
3.2钢结构电弧焊接:
3.2.1平焊
3.2.1.1选择合格的焊接工艺，焊条直径，焊接电流，焊接速度，焊接电弧长度等，通过焊接工艺试验验证。
3.2.1.2清理焊口:焊前检查坡口、组装间隙是否符合要求，定位焊是否牢固，焊缝周围不得有油污、锈物。
3.2.1.3烘焙焊条应符合规定的温度与时间，从烘箱中取出的焊条，放在焊条保温桶内，随用随取。
3.2.1.4焊接电流:根据焊件厚度、焊接层次、焊条型号、直径、焊工熟练程度等因素，选择适宜的焊接电流。
3.2.1.5引弧:角焊缝起落弧点应在焊缝端部，宜大于10mm，不应随便打弧，打火引弧后应立即将焊条从焊缝区拉开，使焊条与构件间保持2~4mm间隙产生电弧。对接焊缝及时接和角接组合焊缝，在焊缝两端设引弧板和引出板，必须在引弧板上引弧后再焊到焊缝区，中途接头则应在焊缝接头前方15~20mm处打火引弧，将焊件预热后再将焊条退回到焊缝起始处，把熔池填满到要求的厚度后，方可向前施焊。
3.2.1.6焊接速度:要求等速焊接，保证焊缝厚度、宽度均匀一致，从面罩内看熔池中铁水与熔渣保持等距离(2~3mm)为宜。
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3.2.2立焊:基本操作工艺过程与平焊相同，但应注意下述问题:
3.2.2.1在相同条件下，焊接电源比平焊电流小10%~15%。
3.2.2.2采用短弧焊接，弧长一般为2~3mm。
3.2.2.3焊条角度根据焊件厚度确定。两焊件厚度相等，焊条与焊条左右方向夹角均为450;两焊件厚度不等时，焊条与较厚焊件一侧的夹角应大于较薄一侧的夹角。焊条应与垂直面形成600~800角，使角弧略向上，吹向熔池中心。
3.2.2.4收弧:当焊到末尾，采用排弧法将弧坑填满，把电弧移至熔池中央停弧。严禁使弧坑甩在一边。为了防止咬肉，应压低电弧变换焊条角度，使焊条与焊件垂直或由弧稍向下吹。
3.2.3横焊:基本与平焊相同，焊接电流比同条件平焊的电流小10%~15%，电弧长2~4mm。焊条的角度，横焊时焊条应向下倾斜，其角度为700~800，防止铁水下坠。根据两焊件的厚度不同，可适当调整焊条角度，焊条与焊接前进方向为700~900。
3.2.4仰焊:基本与立焊、横焊相同，其焊条与焊件的夹角和焊件厚度有关，焊条与焊接方向成700~800角，宜用小电流、短弧焊接。
3.3冬期低温焊接:
3.3.1在环境温度低于0℃条件下进行电弧焊时，除遵守常温焊接的有关规定外，应调整焊接工艺参数，使焊缝和热影响区缓慢冷却。风力超过4级，应采取挡风措施;焊后未冷却的接头，应避免碰到冰雪。
3.3.2钢结构为防止焊接裂纹，应预热、预热以控制层间温度。当工作地点温度在0℃以下时，应进行工艺试验，以确定适当的预热，后热温度。
4钢结构焊接变形的种类
4.1线性变形
1)纵向变形:是焊缝纵向收缩引起的;
2)横向变形:是焊缝横向收缩引起的。
4.2角变形
贴角焊缝上层焊量大,收缩量也大,因此角变形主要是焊缝在其高度方向横向收缩不均匀引起的。
4.3弯曲变形
对丁字型截面,焊缝收缩对重心有偏心距,因而使截面向上弯曲,所以弯曲变形是偏心焊缝的纵向收缩引起的。
4.4扭转变形
钢结构焊接过程中,有些特殊的结构形式会出现波浪线型或螺线型变形即为扭转变形,其成因较为复杂。
5焊接变形的成因
5.1结构刚度就是结构抵抗拉伸和弯曲变形的能力,它主要取决于结构的截面形状及其尺寸大小。如桁架的纵向变形,主要取决于横截面面积和弦杆截面的尺寸;再如工字型、丁字型或其它形状截面的弯曲变形,主要取决于截面的抗弯刚度。
5.2焊接工艺
焊接电流大,焊条直径粗,焊接速度慢,都会造成焊接变形大;自动焊接的变形较小,但焊接厚钢板时,自动焊比手工焊的焊接变形稍大;多层焊时,第一层焊缝收缩量最大,第二、三层焊缝的收缩量则分别为第一层的20%和5%～10%,层数越多焊接变形也越大;断续焊缝比连续焊缝的收缩量小;对接焊缝的横向收缩比纵向收缩大2倍～4倍;焊接次序不当或未先焊好分部构件,然后总拼装焊接,都易产生较大的焊接变形。
6预防和减少焊接变形的方法
6.1放样和下料措施
为了补偿施焊后焊缝的线性收缩,梁、桁架等受弯构件放样时要起拱,放样下料时要留出收缩余量。放拼装台时要放出收缩量,一般受弯构件长度不大于24m时放5mm,长度大于24m时放8mm。
6.2装配和焊接顺序
钢结构制作拼装的平台应具备标准的水平面,平台的钢度应保证构件在自重压力下,不失稳、不下沉,以保证构件的平直。小型结构可一次装配,用定位焊固定后,以合适的焊接顺序一次完成。
6.3焊接工艺措施
焊接施工时,应选择合适的焊接电流、速度、方向、顺序,以减少变形。焊接金属构件时,应先焊短,后焊长;先焊立,后焊平;先焊对接缝,再焊搭接缝,应从中间到两边,从里到外焊接。集中的焊缝应采用跳焊法,长焊缝采用分段退步焊和对称焊接法。
7焊接变形矫正方法
构件发生弯曲和扭曲变形的程度超过现行钢结构规范和设计要求时,必须进行矫正,方法有:机械矫正法、火焰矫正法和混合矫正法。
7.1机械矫正法
机械矫正法是利用机械力的作用,以矫正焊接变形,常采用撑直机、压力机、千斤顶及各种小型机具顶压矫正构件变形。矫正时,将构件变形部位放在两支撑之间,对准构件凸出部位缓慢施力,即可矫正。
7.2火焰矫正法
采用火焰矫正的原理与焊接变形的原理相同,只是反其道而用之,通过给金属输入热量,使金属达到塑性状态,从而产生变形,构件被局部加热后,依靠加热区的膨胀与收缩差,使构件按照预定的方向发生变形,从而达到矫正的目的。
8 结束语
焊接对钢结构来说是一把双刃剑,它成就了钢结构建设的高速度,但是钢结构在焊接时产生的变形问题,也会极大地影响钢结构的施工质量。钢结构在焊接过程中出现变形是不可避免的,但可以通过合理的施工措施来予以控制。
参考文献
[1]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,2016.
[2]中华人民共和国国家标准[S].钢结构工程施工质量验收规范.GB50205-2018.
论文作者:王红庆,孟昭兴,杜鸿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/9/19
标签：焊条论文; 钢结构论文; 构件论文; 电流论文; 结构论文; 电弧论文; 厚度论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;