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摘要：钢结构的焊接变形主要是因为在焊接时的受热不均而造成的，这在钢结构的制作和生产中是非常常见的问题。焊接变形的出现不仅会严重影响钢结构的质量，还会对生产企业、钢结构施工质量等方面带来严重的不利影响。因此，在实际工作中，必须采取相应的策略，避免钢结构出现焊接变形现象的发生，以提高工程质量，保证施工进度，提高工程建设效益。
关键词：钢结构制造；焊接变形；控制方法
引言
近年来，我国钢铁工业快速持续发展，钢铁产量呈现大幅度增加的趋势，而钢结构也备受关注，得到广泛应用。钢结构凭借其质量小、强度高、安装方便、施工便捷等诸多优点，逐渐替代了其余的链接方式。而焊接工艺，是钢结构制作和连接的一项重要技术， 被广泛应用于建筑钢结构施工中， 但日益突出的焊接变形问题不容忽视。由此可见，有效控制建筑钢结构的焊接变形问题，是保证建筑钢结构的工程质量和生产效率的关键。
一、钢结构制造中焊接变形控制的重要性
钢结构工程是以钢材制作为主，由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成；各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接的结构，是主要的建筑结构类型之一。在钢结构制备的工艺之中，焊接是钢结构制备的主要连接技术。然而，钢构件在未受荷载前，由于施焊电弧高温引起的变形为焊接变形。包括缩短、角度改变、弯曲变形等，焊接变形对结构安装精度有很大影响，过大的变形将显著降低结构的承载能力。焊接中产生的变形问题不仅影响了钢结构的外观和使用性能，如果严重的话甚至会导致焊件报废，给企业造成直接经济损失。特别是在大型钢结构件的焊接作业中，这一问题表现得尤其突出。有鉴于此，必须对焊接变形不同类型和原因进行全面分析，并采取有力措施控制焊接变形量，以确保不断提高生产效率和钢结构工程质量，降低企业生产成本。
二、钢结构制造中焊接变形的影响因素分析
1、材料因素
材料因素主要指的是焊接的母材与焊材，其中又数材料的物理性能以及热力学性能对钢结构变形影响最大。材料物理性能的热传导系数对整体材料变形影响较大，一般情况下，温度梯度与材料热传导系数成反比增长关系，热传导系数越小，其温度梯度则越大，所发生的材料变形也就越大。相较于物理性能而言，热力学性能要复杂得多。在热力学性能中膨胀系数对整体材料变形具有较大影响。变形会随着膨胀系数的增加而变大。除此之外，高温时材料的屈服基线以及弹性模量对材料焊接变形影响也较大，焊接变形随着弹性模量的变大而减小，但材料的屈服极限会随之增大，导致残余应力的增加，这在一定程度上对材料性质产生影响，从而降低了材料的受力能力。
2、焊接工艺
在焊接电流较大、焊条直径较宽的情况下会使焊接的速度变慢，受高温影响的区域范围也越大。容易造成焊接变形大；在多层焊的过程中，第一层的焊缝收缩量最大，第二层和第三层的焊缝收缩量分别是第一层收缩量的20％和5％一10％，焊接层数越多变形的程度就越大；断续焊缝方式比连续焊缝方式的收缩量变形小；对接式焊缝的横向收缩变形量是纵向的2倍至4倍；在没有按照合理的焊接程序进行焊接或是在没有安排好分部构件时就进行整体拼装焊接，使焊接变形的程度和可能性同时增大。由此可见，钢结构的焊接工艺的选择和实施对焊接变形的影响较大。
3、结构因素
通常情况下，在焊接过程中占主导地位的是复杂结构的自身拘束，且随着结构复杂度的增加，在焊接过程中结构本身的拘束度变化情况也随着复杂程度增加。在焊接结构的设计中，往往需要筋板或加强板的运用来提高稳定性及刚性，但是这样做不仅会增加装配和焊接的工作量，同时在某些区域拘束度会发生较大变化，从而使得焊接变形的分析与控制变得更加困难。
三、焊接变形的防治措施
1、正确选择拼装顺序和焊接顺序
控制工字梁挠曲变形，如图所示在拼装好工字梁后再进行焊接，则焊缝1、2到工字梁中性轴的距离e1与焊缝3、4到工字梁中性轴的距离e2相等，它们各自引起的挠曲变形相互抵消，从而降低焊接挠曲变形。但由于先焊好的那部分构件对后焊焊缝而言，刚度大大提高，降低了挠曲变形，使挠曲变形无法相互抵消，造成挠曲变形，因此，除了正确选择拼装顺序外，还必须正确选择焊接顺序。在实际生产中，采用按1→3→4→2的焊接顺序可大地降低焊接变形，避免采用焊后矫正变形措施。此外，还可以用分段焊接法，即按1→2→3→4分段焊完后，再按4→3→2→1顺序将间段处焊接焊完，从而降低线能量，减少焊接变形。当然还可采用分层焊的方法，即1→2焊缝分两次焊接，先焊至设计焊缝尺寸的2/3后，再将3→4焊缝满焊至设计值，最后把余下的2→1焊缝的1 /3焊缝焊完，达到控制变形的目的。
2、加强焊接工艺控制
针对焊接工艺所引发钢结构焊接变形问题，通过加强对其控制就显得十分必要。对此，企业可以采取以下几方面措施加强焊接工艺控制：首先，企业应根据具体钢结构焊接要求选择最为适宜的焊接工艺，随后焊接人员结合工艺以及钢结构焊接要求将最佳电流、顺序以及速度等确定下来，以此降低钢结构焊接变形的产生。其次，针对焊缝集中或较长时应采取针对性焊接工艺，比如前者应采取跳焊法，而后者则应使用对称焊与分段退步焊相结合，从而使其能够有效地减少焊接变形产生。最后，针对复杂钢结构焊接中，企业除了选择适宜焊接工艺外，还应当采取科学合理的焊接原则，即先中间后两边、先焊短后焊长以及先对接缝后搭接缝等，如此一来也有助于降低钢结构焊接变形产生。
3、焊接后的处理
钢结构焊接完成后，要用各种检查工具对焊接情况进行检查，譬如利用放大镜检查焊接的表面是否存在气孔、夹渣等可能致使裂纹的问题。一方面，要做好保温措施，在钢结构焊接检查之后，对焊缝进行后温处理，后温处理可使用功率比较大的烤枪沿着焊缝中间部位两侧进行均匀加热，温度控制250℃，范围控制在中间部位两端的150mm之内，时间控制在20min左右。后温处理过程中，要用石棉布扎进处理部位，再密闭焊接防护棚，尤其是温度较低的气候条件下，就能有效避免骤然冷却而变形的问题，在整体恢复常温之后再撤去防护棚。整个后温和保温流程要利用测温仪进行辅助控制。另一方面是对焊接节点超深比例20%的无损检测，以便及时发现焊缝的缺陷。尤其是比较重要的承力节点，需进行时间一个月左右跟踪复测，防止钢板的撕裂变形。
结语
钢结构焊接变形的种类有多种多样，其成因是多方面的。最主要原因在于钢结构在焊接过程当中的加热不够均匀。在当前技术条件支持下，焊
接变形是各类钢结构制造过程中最为普遍的问题。为了控制钢结构焊接变形，保障钢结构产品的制造质量，在钢结构制造实际工作中，就需要针对钢结构制造过程中具体情况采取相应的策略。对其焊接变形问题进行严格且有效的控制，使得钢结构质量得以保证，促进社会生产的发展。
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论文作者:李磊
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/12
标签：钢结构论文; 材料论文; 焊接工艺论文; 结构论文; 顺序论文; 过程中论文; 较大论文; 《基层建设》2016年30期论文;