浅谈工字钢变形的防范工艺

张华崧

摘 要：工字钢是采用焊接方法得到的，由于焊接过程中受热不均，焊接完成后得到的工字钢存在较严重的变形问题。如果不加如何控制，将会直接影响其使用质量。国家标准规定工字钢垂直方向上的变形量不能超过5 mm，弯曲挠度不得超过3 mm，翼板变形量不应超过5 mm。为了确保工字钢的焊接质量，文章主要探讨其产生的变形类型、造成变形的原因以及可以采取的防范措施。

关键词：工字钢；变形；防范工艺；方法

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0020-01

随着科技的不断发展，工字钢在混凝土结构中的应用越来越多，能够有效缩短其施工工期，且具有较好的美学效果，被广泛应用在各种类型的建筑物中。据调查，工字钢在厂房中的应用比例达到了75%以上，其加工和制造已经基本上形成了规模。但是由于缺乏比较规范的制造工艺，工字钢在使用过程中会产生一定的焊接变形问题，导致其报废率超过了7%以上。为此本文主要根据生产实践介绍工字钢在使用过程中产生的变形以及防范措施。

1 常见的工字钢变形

通过对工字钢变形情况的调查和分析，工字钢产生变形的主要原因是由于其焊接时受热不均，在高温区域产生了一定的压缩变形，热量散去之后材料又产生收缩现象，在材料内部形成了一定的焊接残余应力，产生变形现象。其产生的变形主要有收缩变形、挠曲变形、角变形以及波浪变形等。

1.1 挠曲变形

该变形是由于工字钢在焊接过程中焊缝分布不对称造成的，对于一般的工字钢是不会出现挠曲变形的，常产生在大型工字钢零件中。造成这种现象的主要原因是由于工字钢在焊接过程中位置没有摆放平整或者焊接过程中施焊的方向不对。因此只要提高焊接时的责任心，确保焊接顺序和方向的正确性，该变形可以完全被控制。

1.2 角变形

该变形是由于工字钢在焊接冷却过程中在厚度方向上的收缩量大小不同造成上，其变形量的大小跟其焊脚的尺寸以及翼板的厚度有关。由于工字钢上下翼板和腹板的连接处在焊接过程中出现受热不均匀现象，导致其产生了变形现象，变形的大小跟翼板自身的刚度、焊缝的大小、焊接方法以及焊接线能量有关。一般情况下，翼板的刚度越大，工字钢产生的变形越大，相反焊接尺寸越小，工字钢产生的变形则越小。焊接过程中常采用的方法有埋弧焊、手弧焊以及二氧化碳焊接，其中二氧化碳焊接方法产生的变形最小，且具有较高的生产效率，在工字钢焊接过程中得到了非常广泛的应用。

1.3 其它变形

这种现象是由工字钢使用过程中承受压应力造成的，其压力大小超过了其允许的应力大小。此时连接翼板和腹板的焊缝出现了纵向伸缩现象，产生了一定的残余应力。工字钢在使用过程中还会出现扭曲变形以及拱起等现象，造成这种现象的原因是由于焊接过程中采用的工艺顺序不合理，一旦变形产生就很难采取措施进行纠正。

2 预防工字钢变形的措施

为了确保工字钢在使用过程中的质量，避免出现变形现象，下面我们给出几个具体的防范措施。

2.1 设计方面

通过上面的论述，我们知道焊接质量的高低直接关系到工字钢的变形情况，即焊缝越大，焊接过程越复杂，焊接变形越明显。因此在设计过程中设计人员要在保证焊缝正常承载能力的情况下，最大限度的降低焊缝的尺寸。同时设计人员还可以在图纸中对焊接施工的顺序进行标注，避免施工过程中焊接人员文化素质较差，造成的焊接质量难以保证的问题。

2.2 选材方面

为了避免工字钢腹板弯曲引起的弯曲变形，必须要确保腹板气割的质量，避免出现受热变形现象。这就要求在气割时按照一般钢材下料的工艺进行，避免出现工字钢单边受热想象，影响工字钢后续的组装以及焊接。下料时可以从钢料的中间切割，留取两端。

如在进行气割时，可以现在钢板两头100 mm处划线，然后用钻头钻一个5 mm大小的孔，作为气割时的起始位置。然后按照从左到右的顺序进行切割，完成后自然冷却5～8 h，从而最大限度的降低工字钢切割过程中产生的残余应力。最后再利用手工气割的方法将切割过程中产生的一些熔渣去除，并且测量切割后产品的形位参数。如果产生的变形较大，可以使用冷矫法对其形状和尺寸进行细微矫正，知道达到要求的精度。

2.3 翼板变形的防范措施

首先，可以采用反变形法，焊接之前先对其可能产生的变形量大小进行预测，然后采用反变形的方法分段完成对钢板的压制，实现其变形量大小的改善。目前这种方法在长度较小，厚度较薄的钢板中应用较多；如果钢板厚度较大，在采用反变形方法进行矫正时，容易出现受力不均的现象，使其出现波浪变形，给工字钢的转配带来更加严重的困难。

其次，可以采用刚性固定的方法，该方法能够降低工字钢翼板上角变形量的大小，防止翼板出现转动现象。但是在使用过程中需要采用合适的计算方法对固定点的位置和尺寸进行计算。另外如果固定点的位置距离翼板边缘非常近，还可以通过增加筋板的方式来降低翼板的变形量。焊接完成之后，将辅助立筋板去掉，即可得到变形量较小的工字钢。

2.4 选择合适的焊接顺序

一般情况下，工字钢具有4个角焊缝，如果焊缝出现不对称现象，就会在焊接位置处产生力的作用，使工字钢缩短并且产生弯曲现象。所以在焊接过程中可以采用左下角-左上角-右下角-右上角的顺序依次进行焊接，即先完成一个工字截面的焊接，然后再焊接另一面。这样工字钢上下对角位置产生的变形量会相互抵消，确保其形位精度。同时还要注意焊接过程中的焊接方向，要确保4个焊缝的焊接方向一致，且一次完成一条焊缝的焊接。具体的焊接原则如下：

①收缩量较大处先进行焊接；反之，则后焊接。

②距离中性轴较远处先进性焊接；反之，则后焊接。

③具有对称轴的工件，焊接过程中应该采用相同的参数。

3 焊接外的矫正措施

如果采取上面几种措施后，工字钢冷却后仍然出现了变形现象，还可以通过以下几种方面进行校正：

①采用机械法进行修正，按照其采用设备的不同可以将其分成翼缘矫直机矫正和工装压力矫正两种，其中前者适用于宽度较大，超过200 mm的工字钢；后者则适用于宽度小于200 mm的工字钢。

②火焰矫正法，该方法能够实现对工字钢的批量变形矫正，具有矫正成本高和矫正效率低的特点，另外在矫正过程中对操作人员的技术和经验水平要求较高。

因此不管是通过何种方法进行工字钢变形的矫正，都对操作人员的技能和经验水平要求较高，即要求其懂得材料变形的一般规律，只有这样才能够在施工过程中采取正确的施工工艺，降低其变形量。

4 结 语

变形是当前工字钢使用过程中遇到的主要问题，严重影响了其美观和使用性能，因此必须要采取合理的措施彻底解决其变形问题。通过本次论文的研究得到造成工字钢变形的主要原因是其焊接过程中受热不均匀、摆放不正确以及焊接顺序不对造成的，所以在焊接过程中首先要将工件水平摆放，然后再按照一般焊接的工艺进行焊接，即先中间后两边的对称焊接工艺，最大限度的降低工字钢在焊接过程中产生的挠曲变形和角变形现象。另外还可以根据焊接的具体情况采用活动筋板以及刚性固定的方法。对于焊接完成之后的变形可以通过机械矫正和火焰矫正的方法进行校正，矫正方法可以根据工件的宽度不同进行选择。

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