简论加强建筑钢结构焊接变形控制的措施

宋亮

摘要：建筑钢结构一般由柱、梁、钢顶体系、支撑体系等组成。这些系统组件用热轧钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、无缝钢管（或有缝），钢球，和各种截面冷弯薄壁型钢组装焊接而成。钢结构的焊接特点是“三多一高”，即钢的品种和规格、节点形式、焊接方法、焊接质量要求高，且容易造成焊接变形，在此基础上，本文认真的分析了影响钢结构焊接变形的原因及产生的原因，并且分析和探讨了钢结构焊接变形的控制措施。

关键词：建筑钢结构 焊接变形 影响因素 原因 控制 措施

一、影响建筑钢结构焊接变形的因素

影响建筑钢结构焊接变形的因素主要有：（1）焊缝的尺寸：焊缝的尺寸越大，焊接线所需的能量越大。（2）焊接的分层方式：焊接时，，分层焊的层数越多，相应的每层所需的线能量越小，在变形的程度上也越小。但对于开坡口的对接焊缝角变形而言，是一个例外，分层数越多，角变形越大，这主要取决于焊接厚度方向的温度差。（3）焊接的原始温度：原温度较高，线能量增加，塑性变形增加，焊接变形量增大。（4）为了满足应力的要求，间断焊接可以降低线的能量，从而降低焊接变形。焊接残余变形的方法，另一个因素，实践和国家焊接专家的研究表明，对于相同的焊接件，焊接相同，不同的焊接方法，焊接变形也不同，埋弧焊焊接变形最大，其次是手工弧焊，最小的焊接变形的二氧化碳气体保护焊。因此，在条件允许的条件下，加上科学的设备设施，选择合适的焊接方法，可以有效地减少焊接变形。

二、建筑钢结构焊接变形产生的原因

建筑钢结构焊接变形产生的原因主要有：（1）焊件的不均匀受热。焊接是一种局部加热和冷却的过程，焊件焊接区的金属在热作用下的热自由膨胀受到周围未被加热金属的阻碍而压缩变形发生后，在相应的焊后冷却的时候，金属的区域必须有一个收缩变短的趋势。（2）焊缝金属收缩。焊接金属包括熔化的基金属和填充金属，即使包括焊接力学对双方的熔点以上的固体母材金属，它们是在完全塑性状态，只有自己的塑性变形，对周围没有金属推力和拉动作用，这部分金属低于熔点的力学不能够自由收缩。（3）金属结构的变化。某些金属在固态下有相变。焊缝金属被冷金属包围，冷却速度很快。如高强度钢焊接，焊缝金属如淬火，根本没有反应时间发生相变，直至达到较低温度下，由奥氏体转变为马氏体，比容明显增大。焊接过程中可能产生的偏移量减少了压缩塑性变形过程中产生的偏移量，降低了残余拉应力，甚至可以使焊接区产生较大的压应力。（4）焊接件的刚度和拘束。焊接件的刚度与焊接性、焊接应力和焊接变形的关系有着密切的关系。焊接强度越大，焊接变形越小，焊接应力越大；反之，焊接件的刚度和拘束度越小，焊接变形越大，焊接应力越小。

三、加强建筑钢结构焊接变形控制的措施

1.加强建筑钢结构焊接节点的构造设计。建筑钢结构的焊接接头构造形式多，更复杂。在钢结构的焊接结构设计中，应注意以下几点：（1）减少焊接钢结构的数量和尺寸，对钢结构的焊接数量、尺寸较大，那么相应的焊接热源对结构的热输入就越大，产生较大的焊接变形。因此，在设计钢结构接头时，应努力减少焊缝的数量和尺寸。（2）根据不同的焊接工艺，合理选择焊缝的槽形和尺寸。进行钢结构焊接节点的结构设计，确保在使用合适的槽形和尺寸的情况下，结构具有足够的承载能力，减少焊缝截面面积和结构的焊接变形。（3）焊缝位置对焊缝部位的中性轴的焊缝位置尽可能对称于轴的轴线，或尽可能接近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构挠度有良好的效果。（4）采用刚性较小的节点形式，减少焊缝中缝集中和双向、三向相交，从而减少焊接点处的热量和应力，从而降低焊接变形。（5）焊接操作容易避免，无法避免时，在钢结构的施工过程中，应尽量避免焊缝中的焊接位置，以利于操作，确保焊接质量。无法避免的，应要求掌握焊机的所有位置焊接操作技能。（6）在焊缝处应避免使用高应力区。焊接区的应力越大，焊接变形越容易产生焊缝裂纹。（7）建筑钢结构的结构形式不同，对焊接接头设置有不同的要求。

2.加强建筑钢结构焊接工艺的控制。（1）选择合理的装配焊接顺序。合理选择装配顺序和焊接顺序可以减少焊接变形。选择合理的焊接顺序，在焊接过程中不见焊接变形，或不同时间点和不同位置的焊接变形相应的消失，进而进行相应的调整、控制和减少焊接变形。（2）反变形方法。在焊接装配前预先制造或设置焊接变形相反的变形，这样就有利于在焊接过程中，焊接变形和预制的抗变形相互抵消，达到焊接不变形，是防止焊接变形的措施。（3）选择适当的焊接方法。热输入量差异较大体现在各种焊接方法中，在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣焊之外，埋弧焊接热输入，在其他的如焊缝横截面面积等具体情况相同的条件下，会产生最大的收缩变形，手工电弧焊接居中，CO2气体保护焊是最小的。（4）固定法。刚性固定法是一个传统的限制焊接变形的方法，简单的固定和限制松开后，弹性变形要释放，不能完全防止焊接变形。刚性固定的方法很多，有的用简单的夹具成支撑，有的采用专用的胎具，有的是临时点固在刚性工作平台上，有的甚至利用结构本身去构成刚性较大的组合体。

3.焊接变形的矫正。在钢结构加工之前，首先考虑采取各种有效措施防止或减小焊接变形，但在实际施工中由于某些原因，焊后结构会发生了超过产品技术要求所允许的变形，这样就必须设法矫正变形，使之符合产品质量要求。

四、结束语

随着科技的进步发展，建筑钢结构的应用越来越广泛。由于影响建筑钢结构焊接变形的因素较多，对于施工中出现焊接变形的问题，应当将变形降低在最小的范围内，严格保证工程主体的质量。