浅析钢结构焊接变形的控制方法

浅析钢结构焊接变形的控制方法

钢结构已在国家经济建设和人们日常生活中获得非常广泛的应用，钢结构的连接与施工普遍采用焊接，焊接变形会极大地影响钢结构的施工质量，在焊接过程中因为各种原因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。所以本文对焊接变形产生的机理进行了分析，并进一步对控制变形的方法进行了阐述。

标签：钢结构;焊接变形;控制方法

钢结构以其强度高，建造速度快的优势，得以广泛应用。钢结构主要采用H 型钢柱，并以焊接连接。因钢柱主要材质是钢材，总是会受到温度的影响，由于焊接是不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程及焊后，焊接构件都极易产生变形。如果对焊接产生的变形视而不见将会在安装时产生偏差，影响工作效率，还会对钢结构整体的结构产生极大的影响，令钢结构的内部结构发生一定的变化，影响整体结构的稳定性和可靠性。因此焊接变形的控制技术也成为钢结构加工的关键技术。

一、焊接变形的基本类型

所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中，由于施焊电弧高温引起的变形，以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中，焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形;根据变形的不同特点则可分为：角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错位变形。在这些变形类型中，角变形和波浪变形属于局部变形，而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。

二、钢结构焊接变形产生的原因

1.焊接节点设计不合理

焊接主要是依据之前所设计的焊接节点图来进行焊接作业。在焊接的时候，焊缝的数量、位置以及尺寸直接关系着附近的焊件材料的膨胀情况。数量越多，则焊接点分布越密集，其变形的情况就会越复杂。焊缝的尺寸越大，则附近的焊件受到的影响就会越大，而导致变形较大。不合理的焊接节点对施工影响很大。

2.焊接工艺运用不当

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。

3.温度控制不当

温度是引起钢结构焊接变形的一个重要因素。当温度达到金属熔点甚至高于金属熔点时，不一样的金属就会产生不同程度的膨胀。此时，整个钢结构看起来就会有一种不协调的感觉，即产生了变形。同时，一种金属达到熔点膨胀之后，这种金属本身也具有了一定的高温，会使周围的金属产生不同程度的膨胀，造成焊接变形。

4.钢结构的焊接顺序和方法不当

对钢结构的不同部位进行不同顺序的焊接，可能会引起钢结构的焊接变形。因为钢结构焊缝处的承载力不同，当优先焊接承载力较小的钢结构时，较大的重量可能会使钢结构产生扭曲，形成钢结构的焊接变形。

5.焊接应力对焊接结构的影响

构件焊接时产生瞬时内应力，焊接后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避免的现象。焊接变形的矫正费时费工，构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形，往往对控制应力较为忽视，常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形，实际上增大了焊后的残余应力。对于一些本身刚性较大的构件，虽然变形会较小，但却同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。

三、钢结构焊接变形的控制策略

1.科学设计焊接节点

在钢结构焊接节点构造设计时，应设法控制焊缝的数量和大小，尽可能减少焊接变形。并根据焊接工艺选择适合的焊缝坡口的形状和尺寸。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。适当的坡口形状和大小，可以通过减少截面积，进一步减少结构的焊接变形量。焊接节点的位置应处于构件截面的对称处。结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置，或尽量接近中性轴，同时应避免在高应力区。对于节点形式的选择，应选用的刚性小的节点形式。节点应避免在双向、三向交叉处，避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中，。这样可以有效的减少变形，保证钢结构的外形。从而减少焊接变形。

2.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。

3.合理控制温度

在焊接过程中，可以采用水冷块带走焊接工件的热量。采用铜焊或锡焊将铜管焊接到铜制夹具，通过水管进行循环冷却，以减少焊接变形。

4.合理安排焊接顺序和选择正确方法

安排好钢结构的焊接顺序。例如，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。选择合适的方法。焊接方法不同，钢结构焊接变形的程度也就不相同。焊接时线能量的高低在一定程度上决定焊接变形程度的大小。线能量高，则钢结构变形程度大，线能量低，则钢结构变形程度就小。例如埋弧焊可以有效地降低钢翼板焊接时的变形程度。另外，对腹板进行焊接时，施工人员也可以适当地选择埋弧焊。再比如，手弧焊可以应用在盖面焊接上。当钢结构焊接的截面积不相同时，施工人员选择的焊接方法也要做相应的改变，以降低焊接变形的程度。

5.控制應力

控制应力为了减少焊接应力变形和残余应力的影响，设计和焊装工件时应注意以下几点：

（1）采用低热输入焊接工艺，意味着较高的熔敷率和较快的焊接速度，同时不进行过量焊接，采用小的焊脚尺寸，并尽可能采用间断焊接，但应满足设计要求。

（2）减小焊接拘束度;拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法控制变形，以免增大焊接拘束度。

（3）使用夹具、工装和定位板进行调整、定位，向收缩的相反方向预弯工件或预置焊缝接头，尽可能地通过焊接顺序和焊接定位使焊接热量均匀扩散。

（4）锤击法减小焊接残余应力;在每层焊道完后立即用源头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。但根据焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击，以免出现熔合线和近缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢，如屈服强度级别大于345MPa时，也不宜用锤击法消除焊接残余应力。

四、结语

焊接作为特种作业行业，其技术含量较高，为了有效的保证焊接的质量，对焊接变形的控制是较为关键的一个环节。导致焊接变形产生的因素较多，如材料、结构、焊接环境等都会直接影响到焊接变形的产生，减少钢结构件的变形，提高