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摘要：钢结构是船舶和现代桥梁的重要组成部分。而钢结构的形成,离不开焊接。由于在施工过程中,焊接产生的焊接残余应力和残余变形,严重形响着钢结构的质量、安装进度和结构承载能力,进而影响建桥质量。因而必须对产生焊接变形的原因进行分析,并有针对性地加以控制,同时,对不可避免产生的变形,要给予必要的矫正,以期符合桥梁技术质量要求。
关键词：钢结构;焊接变形;控制;矫正；
金属焊接是钢结构生产中一种通过焊接来实现板件连接的基本方式，但焊接施工所引起的板材应力变化、材料硬化、脆化、裂纹及结构外形变化等都会对整个焊接结构产生巨大的破坏，通过对钢结构材料选用、管理、制造施工、安装、运输等各个环节进行控制，可以实现对焊接变形进行有效的控制。
一、钢结构焊接变形的主要类型及变形原因
1.变形类型，钢结构在焊接过程中出现应力或者变形现象往往是难以避免的，认清焊接变形的形式与原因有利于找到控制方法。在钢结构焊接施工过程中，我们经常发现几种基本变形方式有：收缩变形图1(a)、角变形图1(b)、错边变形图1(c)、弯曲变形图1(f)、扭曲变形图1(d)以及波浪变形图1(e)，总共六种常见基础类型，其他复杂程度比较高的变形结构均是这六种常见基础类型演变的结果。具体变形的形式见图1.
2.钢结构焊接变形的原因，钢结构焊接变形和应力的形成是由诸多因素同时作用造成的，其中最主要的因素有焊接上温度分布不均匀、熔敷金属的收缩、焊接接头金属组织转变及工件的刚性约束等，在各种因素作用下，钢结构焊件便会产生各种塑性变形，影响构件的产品质量，它们的成因主要有：(1)收缩变形的成因主要是纵向焊缝和横向焊缝收缩引起的；(2)角变形的成因则由于v型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形；(3)错边变形是在焊接过程中，由于两块板材的热膨胀不一致，可能引起长度方向或厚度方向上的错边；(4)扭曲变形是由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，多出现在工字梁的焊接加工过程中；(5)波浪变形则是由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件成波浪形，这种变形容易发生在薄板的焊接过程中；(6)弯曲变形成因主要是焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大而引起的工件弯曲，多出现在“T”型梁焊接加工过程中。
二、控制钢结构焊接变形的原则与方法
1.焊接过程中的热变形和施焊时焊接构件的刚性条件是影响焊接残余变形的两个主要因素。根据这两个主要因素可以认为焊接残余变形是不可避免的，即完全消除焊接变形是不太可能的。控制焊接残余变形必须从钢结构构件设计和施工工艺两个方面同时采取措施。在钢结构构件结构设计上除了要满足构件的强度和使用性能外，还必须满足构件制造中焊接变形最小及耗费劳动工时最低的要求。焊接工艺是钢结构施工中的重要工艺之一。合理的焊接工艺是减少焊接变形，减少应力集中的有效方法。
2.为了控制构件焊接变形，应尽可能采取有效措施，如：将构件分为若干小部件与构件分段，使焊接变形分散在各个部件上，便于构件变形的控制与矫正；使各部件焊缝的布置与构件分段截面中性轴对称或接近截面中性轴，避免焊接后产生扭曲和过大的弯曲变形；对每一条主要焊缝，尽可能选择小的焊脚尺寸和短的焊缝；避免焊缝过分集中和交叉布置；尽可能采用宽而长的钢板或能减少焊缝数量的结构形式，等等。控制钢结构构件焊接变形的工艺方法有：（1）在无装配应力强制下进行构件装配；（2）采用自动埋弧焊和其他气体保护焊工艺；
3.设计合理的焊缝，在钢结构中，连接是较为关键的一个工序，连接部分的承载能力应大于等于整个钢结构的承载能力，即焊缝的强度要略大于钢材的强度。在对焊缝进行设计时，如果焊缝承受较大的载荷，则焊缝的设计强度应加大;焊缝的尺寸也不应设计得过长，过长的焊缝变形的可能性就愈大，也增大了后续矫正的工作量;对T型接头进行焊缝设计时，焊接应设计为开坡口双面焊，以保证构件的强度。在对焊缝进行设计时，还要考虑到焊缝的总体布局，以减少整个钢结构的变形量，对焊缝的布局进行优化，应遵循以下原则:焊缝设置对于整个钢结构来说应对称，焊缝长度应适中，且焊缝分布应分散开来，平行的焊缝之前要间隔一定的距离。
三、焊接变形的矫正
由于桥梁钢结构基本都是以焊接H型钢柱、梁、支撑为主的大型构件，用机械矫正法一般难以达到预期效果。下面，主要探讨另一个对大型钢构件矫正的有效办法：火焰矫正法。
1.加热温度(材质为低碳钢)（1）低温矫正的加热温度为500～600℃，冷却方式：水。（2）中温矫正的加热温度为600～700℃，冷却方式：空气和水。（3）高温矫正的加热温度为700～800℃，冷却方式：空气。
2.不同变形部位的施工方法，（1）翼缘板的角变形，矫正H型刚柱、梁、撑角度变形。在翼缘板上面(对准焊缝外)纵向线状加热，加热温度控制在65O℃以下，注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。线状加热时要遵循两点原则：①不应在同一位置反复加热；②加热过程中不要进行浇水。（2）柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲，①在翼缘板上，对着纵长焊缝，由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。一般采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，应予以高度重视。②翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形，效果显著。横向线状加热宽度一般取20～9O mm，板厚小，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热三角形，三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复。以上三角形加热法在加热时应采用中温矫正，浇水要少。③柱、梁、撑腹板的波浪变形。矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤矫正。加热圆点的直径一般为5O～90 mm，与钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应相应放大，可按d一(4§+1O)mm(d为加热点直径，§为板厚)计算得出加热值。烤嘴从波峰起螺旋形移动，采用中温矫正。当温度达到6O0～700℃时，将手锤放在加热区边缘处，再用大锤击手锤，使加热区金属受挤压，冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力，矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，方法同上。加快冷却速度，可对Q235钢材进行加水冷却。这种矫正方法属于点状加热法，加热点的分布可是梅花形或链式密点形。要掌握好加热温度不要超过750℃。(3)应注意的要点,火焰矫正虽能有效矫正焊接变形，但火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。矫正过程产生的内应力与焊接内应力和员载应加选加，会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低。因此，在实施火焰矫正时，要特别注意以下几点：①烤火位置不得在主梁最大应力截面附近。②矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面点。③宜用点状加热方式，以改善加热区 的应力状态。④加热温度最好不超过700℃。
钢结构构件广泛使用于工业与民用建筑之中，它的合理使用与否关系到生命安全与经济效益的问题，因而提高建筑钢结构设计制作质量则显得尤为重要。
参考文献：
[1]王平.李慧红，对钢结构焊接变形的控制和矫正.2015.
[2]章国成，吴天浩，桥梁钢结构焊接变形控制与矫正.2016.
论文作者:王香禹
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：钢结构论文; 构件论文; 应力论文; 角形论文; 线状论文; 过程中论文; 弯曲论文; 《基层建设》2018年第4期论文;