钢结构制作中的焊接变形控制

初探钢结构制作中的焊接变形控制裴平义 江苏省工业设备安装集团有限公司摘 要：本文主要论述焊接变形的影响因素与减小焊接变形的措施，基本了解焊接变形的原因及变形的种类，针对焊接变形的原因和控制措施等方面做了重点探讨，为有效防止和减少焊接变形所带来的危害，具有一定的指导意义。

关键词：钢结构；焊接施工；变形控制1 引言钢结构已广泛应用于各种高层建筑中，同时，建筑工程的需求也推动了钢结构的施工工艺需要不断完善和进步。

钢结构主要是指由钢板、热轧型钢、和钢管等构件组合而成的结构。

这些构件在制作过程离不开焊接，焊接必然产生一定量的焊接变形，焊接变形的控制与矫正非常重要。

2 问题的提出通常，钢材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接头处局部加热，使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液体金属，形成熔池，随后冷却凝固成固态金属，使原来分开的钢材连接成整体。

由于焊接加热，融合线以外的母材产生膨胀，接着冷却，熔池金属和熔合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。

这样，在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来。

焊接残余变形是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。

3 钢结构焊接变形的类型焊接变形可分为线性缩短、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪形失稳变形等。

3.1 线性缩短是指焊件收缩引起的长度缩短和宽度变窄的变形，分为纵向缩短和横向缩短。

3.2 角变形是由于焊缝截面形状在厚度方向上不对称所引起的，在厚度方向上产生的变形。

3.3 波浪变形大面积薄板拼焊时，在内应力作用下产生失稳而使板面产生翘曲成为波浪形变形。

3.4 扭曲变形焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致，综合而形成的变形形态。

扭曲变形一旦产生则难以矫正。

主要由于装配质量不好，工件搁置不正，焊接顺序和方向安排不当造成的，特别要引起注意。

构件和结构的变形使其外形不符合设计图纸和验收要求不仅影响最后装配工序的正常进行，而且还有可能降低结构的承载能力。

如已产生角变形的对接和搭接构件在受拉时将引起附加弯矩，其附加应力严重时可导致结构的超载破坏。

4 钢结构焊接变形的原因分析对于上述不同类型的焊接变形，变形原因可以简单的概括为①温度应力而产生的不均膨胀，这是构件的在焊接过程中受热不均而引起的。

②残余应力变形，当受热不均引起的温度应力使构件产生塑性变形之后，在温度逐渐回复到室内温度的过程中，产生的新内应力使构件发生变形。

可以根据对焊接变形的分析有重点的对焊接过程进行控制，尽量减小变形收缩量。

影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有材料、结构和工艺三个方面。

①材料因素的影响。

材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，材料的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。

其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上，一般热传导系数越小，温度梯度越大，焊接变形越显著。

力学性能对焊接变形的影响比较复杂，热膨胀系数的影响最为明显，随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。

同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用，一般情况下，随着弹性模量的增大，焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力，焊接结构存储的变形能量也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂，此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而焊接变形得以减少。

②结构因素的影响。

焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键，也是最复杂的因素。

其总体原则是随拘束度的增加，焊接残余应力增加，而焊接变形则相应减少。

结构在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，因此自身为变拘束结构，同时还受到外加拘束的影响。

一般情况下复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加，在设计焊接结构时，常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做不但增加了装配和焊接工作量，而且在某些区域，如筋板、加强板等，拘束度发生较大的变化，给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。

因此，在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。

③工艺因素的影响。

焊接工艺对焊接变形的影响方面很多，例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。

在各种工艺因素中，焊接顺序对焊接变形（下转第156页）拉拔检验合格后方可安装。

埋件前后左右偏差及平整度标高偏差均不应大于 10mm。

2.2 骨架安装、调试阶段的质量通病及防治措施该阶段的主要质量通病有：钢制框架的垂直度、平整度超标，对下一步板材的安装精度产生不良影响；构件间若连接不牢，则可能存在安全隐患。

对于以上通病的防治措施如下：骨架要由下向上安装，且龙骨安装过程中要随时复核其平整度和垂直度，以使之达到设计要求后再进行焊接固定。

为减少骨架因焊接连接而发生变形，螺栓连接。

当然，为防止螺栓松脱，螺母下须加设弹簧垫，构件连接牢固。

2.3 板材安装阶段的质量通病及防治措施此阶段常见质量通病是：板材安装的平整度、垂直度超标，以及接缝不平导致的板缝不均匀、不美观问题。

针对这个问题，在安装石材时，应先简单固定住石材挂件，在安装槽内注入结构胶后，再平稳地将石材抬起，使槽口与已固定于横梁上的挂件对准并缓缓插入，之后再将上面的挂件插入槽内，在确保板材平整度的基础上，使用螺栓与横梁进行牢固连接。

此外，应严格按控制线进行板材的安装，板材间必须留置宽度 8~10mm 的缝，采用小拉缝，大分格方法进行处理。

3 结语外墙干挂石材施工作为建筑外墙装饰的重要方法之一，因其装饰果好、安装精度高、使用安全等优点应用越来越广泛。

因此，深入分析外墙干挂石材施工质量通病及其治理，对于提高建筑外墙装饰质量无疑具有十分重要的现实意义。

参考文献：[1]陈小平《浅谈干挂石材外墙施工》[J] 安徽建筑 2012（2）；[2]高显仓《外墙石材干挂质量控制要点及施工技术分析》[j] 科技风 2012（8）。

[3]黄士勇《浅谈外墙干挂石材工程质量控制》[J].科技创新导报,2007,3的影响较为显著，一般情况下，改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。

多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。

焊接工作者在长期研究中，总结出一些经验，特殊的工艺规范和措施，达到减少焊接残余应力和变形，改善残余应力分布状态的目的。

5 钢结构焊接过程控制焊接变形的措施方法可以采取：选择合理的焊缝位置、焊接方式、焊接顺序，采用反变形焊接，采用刚性固定焊接，这些措施都可以有效的减少焊接过程中所产生的变形，保证钢结构的质量。

其中：（1）对于焊缝的合理选择:为了达到减少梁或者柱等构件挠性变形收缩量的目的，应该尽量将焊缝置于截面中性轴或者对称于中性轴。

对于焊接方法的选择:①为尽量减少焊接变形，所选择的焊接方法的线能量越低越好。

②在对 H 型钢翼板与腹板的焊接，应该选用埋弧自动焊。

③在对不同截面积的构件焊接中，为减少焊接变形发生及减小焊接线能量，对于小截面焊缝进行 CO2焊打底，对盖面采用手弧焊方式。

④在对 H 型钢气割成 T 型钢时不能有间断，这样可以确保气割过程中有相同的热膨胀量。

对于焊接顺利的合理选择:在焊接过程中，选用上下对角焊接的顺序可以保持构件的平直性，抵消焊缝所引起的挠曲变形，保证受热均匀性以减小收缩变形量。

类似的焊接顺序同样适用于筋板等多种构件。

（2）在焊接过程中，最普遍采用的焊接方法为反变形法。

反变形焊接方法的具体步骤是:在焊接之前对于焊缝结构的大小及位置进行准确的预估，在实际的装配过程中对于焊缝施加一个相反的变形，用于抵消焊接变形收缩所产生的应力，确保构件在焊接之后的质量要求。

（3）若不能对构件进行反变形法焊接，可以采用刚性固定的方法进行焊接。

即是确保构件尽量固定的情况下对焊接变形进行限制。

（4）对于焊接工作，要做好焊接前，焊接中，焊接后各项检测控制。

在焊接前需要准确测量构件的中心线、长度、标高等。

在焊接过程中，采用合理的焊接手段及顺序，随时观察焊接质量，如若发现焊接质量问题，应该及时的采取补救措施。

焊接工作完成后，要对构件进行再次测量确认，保证焊接工作的质量。

6 结语实践工作中总结出有意义的焊接方法, 不断的提供钢结构的焊接质量。

在大多数的情况下，通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施，可以有效地控制钢结构的焊接变形，以达到确保工程质量的目的。

参考文献：[1]吕仲，韩巧珍。

钢结构焊接变形控制[J]，电焊机，2011年08期[2]李双叶，宋颐，姚玉娟。

控制焊接变形在钢结构制作中的作用[J]，山西建筑，2002年第08期置换泥浆 1h 后进行，若部分施工单位因进度问题不肯执行，监理人员应予以督促。

e) 如用刷壁器刷除已施工槽段接头面上附有的泥皮和土渣时，不应用刷壁次数作为控制标准，而应以刷壁器上无泥渣后再清刷一遍为宜。

2.5 钢筋笼加工与吊放a) 由于砂浆制作的垫块容易在吊放钢筋笼时破碎，又易擦伤槽面，所以应用薄钢板制作垫块。

b) 验收钢筋笼时应注意混凝土导管位置是否已上下贯通，并且周围应增设箍筋和连接筋进行加固；纵向钢筋节点应稍向内弯折，防止吊放钢筋笼时划擦槽壁；如因预埋件数量 1 多，而需安装较多的泡沫笨乙烯塑料时，为防止对钢筋笼产生较大的偏心浮力，应增加配重。

c) 钢筋笼的起吊、运输、吊放严格按施工方案进行，不允许在此过程中产生不可恢复的变形；插入钢筋笼时，要使钢筋笼对准槽段中心垂直下放；如不能顺利下入槽内，应重新吊出，查明原因后加以解决，不可强行插放。

2.6 混凝土浇筑a) 混凝土应富有粘聚性和良好的流动性，避免浇筑时围绕管堆成锥形，在验查混凝土坍落度时，同时按试验规程检查上述两项指标。

b) 浇筑混凝土时应保证导管埋入混凝土中在 1.5~2.0 之间。

埋入深度过浅，会导致导管下口流出混凝土直接与泥浆接触，将泥浆卷入混凝土中；埋入深度过深，会导致混凝土堵管甚至浮笼，并应保证混凝土上升速度不小于 2m/h。

c) 在发生堵管时，可以将导管上下抽动，但抽动范围不得大于 30cm，且导管不可离开浇捣面。

d) 严禁导管做横向移动而把沉渣和泥浆带入混凝土中。

（上接第153页）（上接第154页）。