浅析防治钢结构建筑焊接变形的施工工艺

赵小慧;赵明华

摘要:建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点,其应用范围广泛。自20世纪80年代以来,中国建筑钢结构得到了空前的发展,高层钢结构、空间钢结构、桥梁钢结构、轻钢结构和住宅钢结构如雨后春笋。焊接作为构建钢结构的一种主要连接方法,在物理、化学、冶金、材料、电子、计算机、自动控制等学科迅猛发展的今天,随着新技术、新材料、新设备、新工艺的不断涌现,在我国建筑钢结构建设中发挥更加重要的作用。据统计,约50%以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此,焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展和确保建筑钢结构施工质量的关键所在。

Abstract: Steel structure has the advantage of light weight, short construction period, strong adaptability and rich in appearance, convenient maintenance, etc., so it is widely used. Since from the 80 years of the 20th century, Chinese construction steal has experienced unprecedented development. High-rise steel structure, space steel structure, bridge steel structure, light steel and residential steel spring up quickly. Now physics, chemistry, metallurgy, materials, electronics, computers, automatic control disciplines are all developed quickly. Construction of welded steel, as a main connection method, has played a more import role in the steal structure construction with the emerging of new technology、new material、new equipment and new techniques. According to the statistics, about 50% of the steal needs welding processing before using. Thus, raising the level of welding steel structure technology is the key to achieve rapid development and to ensure the construction quality.

关键词:钢结构;焊接;变形

Key words: steal structure; welding; deformation

中图分类号:TU391文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0205-01

作为钢结构制作和连接的主要技术,焊接已经被广泛应用于钢结构的制作和安装工艺之中。然而,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。

1焊接变形的基本类型分析和原因分析

1.1 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、波浪变形和错边变形。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。

1.2 焊接变形产生的原因分析钢结构刚度:刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。例如,工字钢截面和纵向桁架变形量,主要取决于其横截面面积的弦杆截面大小的部分。再如,工字型、丁字型或其他形状的型钢的弯曲变形量主要取决于截面的抗弯刚度。焊接连接缝位置和数量:当钢结构刚度不足时,在设计焊接连接缝位置和数量时,应在结构体对称安排,且焊接顺序是合理的,构件只能产生线性变形;当焊缝为不对称的安排,产生的多为弯曲变形。焊接工艺:焊接电流偏大、焊条直径较粗,使得焊接速度缓慢,可能导致焊接变形大;厚钢板焊接时,手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小;采用多层焊接工艺时,首层的焊缝收缩变形最大,第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%、10%。也就是说,多层焊接的层数越多,焊接变形越明显;断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小;对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大2至4倍;焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接,很容易产生焊接变形。因此,为了防治焊接变形,在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。

2钢结构焊接变形防治

2.1 焊接节点构造设计①控制焊缝的数量和大小。钢结构焊缝数量多、尺寸大,焊接时的热输入量也更多,造成的焊接变形也更大。因此,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。②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。③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。④对于节点形式的选择,应选用刚性小的节点形式。节点应避免在双向、三向交叉处,这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中,从而减少焊接变形。

2.2工艺措施①组装和焊接顺序。钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行。该平台应确保所受的自重压力的程度足够大,不会出现钢构件失稳和下沉的现象,以满足构件组装的基本要求。在焊接小型构件时可一次完成,即在焊接固定好位置后,用合适的焊接顺序组装完毕。而大型钢结构组装与焊接需要先将小件组焊接完毕,然后再进行最后的组装和焊接。在进行部件组装时,为了防止组装过程中产生过度的应力和变形,应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格、形状大小和样板的要求,并且组装时不能有较大外力强制拼装,以防止零部件过度焊接应力和较大约束力带来的变形。此外,组装与焊接过程中应使焊接接头热量均匀,消除应力并减少变形;焊缝应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角的尺寸无误,且形式、大小应与构件的设计和焊接规范一致。②反变形。由于在冷却过程中焊缝会产生收缩反应,减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题,为了弥补热胀冷缩带来的变形,在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形,使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。例如,为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形,可以在焊前用油压机或折边机在相反方向预先压弯盖板。③焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下,要想使其位置固定是比较困难的。所以,每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外,还需要用焊件夹具有效地夹紧,以便防止工件发生变形。

3结束语

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。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变,还应该在实践中不断总结和积累焊接经验,提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。