钢结构焊接变形的防治方法 钢结构焊接变形的防治方法
葛大利
沈阳中辰钢结构工程有限公司
摘要：建筑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。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。
关键词：建筑钢结构；焊接变形；治理措施
焊接，是一种采用加热、高温或高压的方式接合金属的制造工艺，其原理是首先对焊件的局部区域进行加热，最后实施冷却凝固。在实际焊接操作中，焊件会因局部受热不均匀产生焊接变形，导致钢结构的载荷能力大大降低，使钢结构的施工过程受到严重影响。因此，必须采取有效控制策略对钢结构焊接变形进行控制，确保钢结构施工质量的安全可靠性。
1 钢结构焊接中存在的问题
1.1 焊接出现变形
焊接变形出现的原因有很多，但主要可以分为两个方面，即人为原因和非人为原因。人为原因主要是指钢结构焊接之前没有做好准备工作，焊接平台搭建不合理，焊接工件拼接存在问题等。这些因素会使得钢结构焊接出现变形。而非人为原因主要是指焊接工件本身的原因或者操作人员无法控制的原因。比如在高温影响下，焊接工件因为受热不均引起的变形；或者是工件本身刚度较小而产生的受热收缩变形。这些焊接变形的出现是材料本身在焊接过程中产生变化而发生的，想要改善这类变形就需要在明确焊接原理的基础上，采取相应措施。
1.2 焊接发生断裂
在钢结构焊接过程中，还容易发生工件突然断裂的问题。虽然说工件断裂区域可以通过焊接过程来逐步补全，但是焊接工件的质量却会因为断裂区域而出现下滑，严重的还会直接威胁焊接成品使用中的安全性。目前，大部分学者和焊接高级技工都认为钢结构焊接过程中发生断裂的主要原因还是因为焊接电流不稳定、电路短路等问题。这些因素会影响到钢结构在焊接过程中的受力分布，一旦达到一定临界值，就很容易发生断裂。但也有很大原因是因为材料本身性能不过关，或者是焊接设计之初就没有寻找到合适的焊接点，使得钢结构在焊接的时候，材料很难承受焊接的温度变化和应力转移，从而发生断裂。
1.3 焊接完成开裂在
钢结构焊接的时候，我们还会发现有些工件虽然焊接在了一起，但是完成的时候会出现突然开裂现象，或者焊接不牢固，很容易受到外力就发生分离。这种问题对于钢结构焊接来说是非常严重的，如果后续检查不仔细，直接将这些焊接成品上交，那么就会引发后续安全事故。焊后开裂的产生因素有很多，比如焊接方法不规范、焊条质量问题、操作不合格等。因此，我们必须要重视焊后开裂问题，并全方位的控制钢结构焊接过程，从根源上避免焊后开裂的发生。
2 钢结构焊接变形的防治方法
2.1 反变形法
预先估算结构的变形值，在施工时预先起拱。反变形法可以利用各种不同的方式实现，常用的方式是使构件反变形值与焊接产生的变形值相等，焊接完成后反变形消失。例如工字钢截面与工字钢截面或其他板材的对接接头，常需要三条焊缝，即腹板的一条竖向焊缝和翼缘板的两条水平焊缝，当完成第一条翼缘板焊缝的焊接后，所焊板材会缩短，导致另外两个未焊接的板材已不能再贴紧，如不采用方法来防止这种变形，则无法施工。针对此种情况可以采用反弯曲法，如先焊接上翼缘对接焊缝，则使结构向上起拱，具体起拱值根据实际条件确定，上翼缘的焊接收缩可以和起拱值相抵消，这样就不妨碍下翼缘板和腹板的焊接。
2.2 焊接变形的火焰矫正法
火焰矫正法是目前常用的控制变形方法之一，经常用于型钢或者钢板由于焊接收缩产生的凹凸变形等情况。其原理是，在构件变形的凸起处进行局部加热，钢结构由于热胀冷缩的物理性能，会产生一定的膨胀变形，当加热结束，钢结构冷却收缩，收缩后的长度比加热前有所缩短，从而达到了矫正变形的目的。在使用火焰矫正法时，需要合理的确定加热范围、加热温度和深度。加热温度通常为500～800℃，火焰矫正时加热温度太低，矫正效果不明显；如果加热温度过高，会引起金属变脆，并降低冲击韧性，容易放生脆断。火焰加热的范围有点状、线状和三角形三种。其中，点状加热法适用于多数结构的矫正，可根据不同情况加热一点或数点。焊件较厚，则加热点的直径要大，焊件较薄，加热点直径要小一些。线状加热法适用于矫正变形量大及刚性大的焊接结构。三角形加热适用于厚度大、附性强的构件。加热深度一般控制在钢板厚度的40%以下。
2.3 减少焊接应力的技巧和工艺
减少焊接应力也有一些值得学习的技巧和方法，首先要注意合理选用焊缝的尺寸，其次要选用合适的焊接参数和材料，采用一定的焊接工艺，进行一定的热处理措施，同时搭配振动时效方法减少应力。焊缝的热胀冷缩会形成焊接应力，焊接区域小，焊接后的变形程度就会较少。我们在进行焊接时会考虑到提高金属的抗裂性、塑性、韧性，降低一定的应力，所以我们需要选择合适的材料进行焊接。一般情况下，为了与母材达到一致会增加锰和硅的含量。
2.4 选择合理的拼装方案
对于网架结构等大体积的焊接施工，为了避免整体结构发生大的变形，也为了施工方便，可以将大的结构，分解成很多个小拼单元，最后再进行总拼，形成整体结构。这样有利于控制整体结构的焊接变形，有效的减小局部焊接变形对整体结构的影响。
总之，造成钢结构焊接变形的原因复杂多样，除了本身存在的问题，还可能因操作环境和技工的操作技能限制而产生变形。因此，为了更好地实现对钢结构焊接变形的控制，需要不断地实践和改进，在实践中改进控制策略，同时还需要焊工具备良好的焊接技术，以提高钢结构焊接质量的可靠性。
参考文献：
[1] 凌国准.钢结构焊接变形的成因与控制策略探讨[J].军民两用技术与产品，2016(6)：169--169.
[2] 左定强.浅谈钢结构焊接变形控制[J].商情，2011(11)：71.
[3] 牛传波，张彦平，陈小华，等.钢结构焊接变形控制分析[J].建材发展导向(下半月)，2014(9)：43-43.
钢结构焊接变形的防治方法 钢结构焊接变形的防治方法
葛大利
沈阳中辰钢结构工程有限公司
摘要：建筑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。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。
关键词：建筑钢结构；焊接变形；治理措施
焊接，是一种采用加热、高温或高压的方式接合金属的制造工艺，其原理是首先对焊件的局部区域进行加热，最后实施冷却凝固。在实际焊接操作中，焊件会因局部受热不均匀产生焊接变形，导致钢结构的载荷能力大大降低，使钢结构的施工过程受到严重影响。因此，必须采取有效控制策略对钢结构焊接变形进行控制，确保钢结构施工质量的安全可靠性。
1 钢结构焊接中存在的问题
1.1 焊接出现变形
焊接变形出现的原因有很多，但主要可以分为两个方面，即人为原因和非人为原因。人为原因主要是指钢结构焊接之前没有做好准备工作，焊接平台搭建不合理，焊接工件拼接存在问题等。这些因素会使得钢结构焊接出现变形。而非人为原因主要是指焊接工件本身的原因或者操作人员无法控制的原因。比如在高温影响下，焊接工件因为受热不均引起的变形；或者是工件本身刚度较小而产生的受热收缩变形。这些焊接变形的出现是材料本身在焊接过程中产生变化而发生的，想要改善这类变形就需要在明确焊接原理的基础上，采取相应措施。
1.2 焊接发生断裂
在钢结构焊接过程中，还容易发生工件突然断裂的问题。虽然说工件断裂区域可以通过焊接过程来逐步补全，但是焊接工件的质量却会因为断裂区域而出现下滑，严重的还会直接威胁焊接成品使用中的安全性。目前，大部分学者和焊接高级技工都认为钢结构焊接过程中发生断裂的主要原因还是因为焊接电流不稳定、电路短路等问题。这些因素会影响到钢结构在焊接过程中的受力分布，一旦达到一定临界值，就很容易发生断裂。但也有很大原因是因为材料本身性能不过关，或者是焊接设计之初就没有寻找到合适的焊接点，使得钢结构在焊接的时候，材料很难承受焊接的温度变化和应力转移，从而发生断裂。
1.3 焊接完成开裂在
钢结构焊接的时候，我们还会发现有些工件虽然焊接在了一起，但是完成的时候会出现突然开裂现象，或者焊接不牢固，很容易受到外力就发生分离。这种问题对于钢结构焊接来说是非常严重的，如果后续检查不仔细，直接将这些焊接成品上交，那么就会引发后续安全事故。焊后开裂的产生因素有很多，比如焊接方法不规范、焊条质量问题、操作不合格等。因此，我们必须要重视焊后开裂问题，并全方位的控制钢结构焊接过程，从根源上避免焊后开裂的发生。
2 钢结构焊接变形的防治方法
2.1 反变形法
预先估算结构的变形值，在施工时预先起拱。反变形法可以利用各种不同的方式实现，常用的方式是使构件反变形值与焊接产生的变形值相等，焊接完成后反变形消失。例如工字钢截面与工字钢截面或其他板材的对接接头，常需要三条焊缝，即腹板的一条竖向焊缝和翼缘板的两条水平焊缝，当完成第一条翼缘板焊缝的焊接后，所焊板材会缩短，导致另外两个未焊接的板材已不能再贴紧，如不采用方法来防止这种变形，则无法施工。针对此种情况可以采用反弯曲法，如先焊接上翼缘对接焊缝，则使结构向上起拱，具体起拱值根据实际条件确定，上翼缘的焊接收缩可以和起拱值相抵消，这样就不妨碍下翼缘板和腹板的焊接。
2.2 焊接变形的火焰矫正法
火焰矫正法是目前常用的控制变形方法之一，经常用于型钢或者钢板由于焊接收缩产生的凹凸变形等情况。其原理是，在构件变形的凸起处进行局部加热，钢结构由于热胀冷缩的物理性能，会产生一定的膨胀变形，当加热结束，钢结构冷却收缩，收缩后的长度比加热前有所缩短，从而达到了矫正变形的目的。在使用火焰矫正法时，需要合理的确定加热范围、加热温度和深度。加热温度通常为500～800℃，火焰矫正时加热温度太低，矫正效果不明显；如果加热温度过高，会引起金属变脆，并降低冲击韧性，容易放生脆断。火焰加热的范围有点状、线状和三角形三种。其中，点状加热法适用于多数结构的矫正，可根据不同情况加热一点或数点。焊件较厚，则加热点的直径要大，焊件较薄，加热点直径要小一些。线状加热法适用于矫正变形量大及刚性大的焊接结构。三角形加热适用于厚度大、附性强的构件。加热深度一般控制在钢板厚度的40%以下。
2.3 减少焊接应力的技巧和工艺
减少焊接应力也有一些值得学习的技巧和方法，首先要注意合理选用焊缝的尺寸，其次要选用合适的焊接参数和材料，采用一定的焊接工艺，进行一定的热处理措施，同时搭配振动时效方法减少应力。焊缝的热胀冷缩会形成焊接应力，焊接区域小，焊接后的变形程度就会较少。我们在进行焊接时会考虑到提高金属的抗裂性、塑性、韧性，降低一定的应力，所以我们需要选择合适的材料进行焊接。一般情况下，为了与母材达到一致会增加锰和硅的含量。
2.4 选择合理的拼装方案
对于网架结构等大体积的焊接施工，为了避免整体结构发生大的变形，也为了施工方便，可以将大的结构，分解成很多个小拼单元，最后再进行总拼，形成整体结构。这样有利于控制整体结构的焊接变形，有效的减小局部焊接变形对整体结构的影响。
总之，造成钢结构焊接变形的原因复杂多样，除了本身存在的问题，还可能因操作环境和技工的操作技能限制而产生变形。因此，为了更好地实现对钢结构焊接变形的控制，需要不断地实践和改进，在实践中改进控制策略，同时还需要焊工具备良好的焊接技术，以提高钢结构焊接质量的可靠性。
参考文献：
[1] 凌国准.钢结构焊接变形的成因与控制策略探讨[J].军民两用技术与产品，2016(6)：169--169.
[2] 左定强.浅谈钢结构焊接变形控制[J].商情，2011(11)：71.
[3] 牛传波，张彦平，陈小华，等.钢结构焊接变形控制分析[J].建材发展导向(下半月)，2014(9)：43-43.