浅析如何有效控制钢结构的焊接变形及应力

赵晶，刘洋，刘海涛，戴小龙

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

焊接是制造钢结构最为常用的一种方法。钢结构自身的强度和稳定性，以及使用的时间长短，都与在焊接过程中的各种因素有关。这些因素主要包括焊接的方法、焊接接头的形式以及焊缝截面积大小等。任何一种因素都会给钢结构的性能造成严重的影响，而且，对于钢结构的焊接来讲，其过程中产生的焊接变形以及焊接应力的现象很难避免。那么，为了保证钢结构的性能，就必须加强对焊接变形及应力的有效控制。

1 钢结构焊接变形与焊接应力的基本组成分析

1.1 钢结构焊接变形的组成种类

根据以往的经验可以得出，钢结构出现焊接变形主要包括面外变形和面内变形这两种。面外变形又可以分为：扭曲形变、弯曲形变、失稳波浪形变和角形变等。面内变形可以分为纵向收缩变形、横向收缩变形以及焊缝回转变形等。对于钢结构来讲，其所发生的变形种类，大都是横向收缩和纵向收缩变形。

1.2 钢结构焊接应力的组成种类

一般来讲，钢结构焊接后，进行冷却处理的焊接结构中，往往会存在一些并未消除的应力。这种焊接应力主要可以分为横向应力、纵向应力以及沿焊缝厚度方向的应力。

2 加强钢结构焊接变形以及应力的控制策略研究

2.1 控制钢结构焊接变形的策略探讨

（1）加强对钢结构设计阶段的合理控制。对钢结构的焊接变形进行控制，最重要的便是选择合理的方式设计钢结构。要想设计出更加具备科学性的钢结构，必须要对钢结构焊接过程中，影响焊接出现变形的原因以及不同焊接种类所具备的特征进行分析与研究。在展开焊接时，一定要对使用的焊接形式和焊缝的尺寸等进行合理的选择。当焊接缝的数量和尺寸越大越多时，就会导致钢结构发生焊接变形的频率加大。因此，要尽可能地减小和减少焊接缝与尺寸的大小，便于实现对钢结构焊接变形在后期的更好控制管理。

（2）钢结构焊接方法的选择。对于钢结构的焊接来讲，只有结合焊接缝的形状以及大小，选择恰当的焊接方式，减少各种焊缝的发生，才能减少钢结构出现焊接变形的现象。那么，在焊接时，可以选择小刚性节点形式，尽可能地使焊接过程中的焊缝越来越少，同时能够避免焊缝出现交叉的现象。钢结构在焊接施工过程中，要先分析焊缝的种类，根据不同的焊缝种类，对焊接的顺序以及所使用的方法进行选择，对焊接过程中焊缝的处理，要选择对称焊接的方式。而且，焊缝的位置要选择一些相对较低的应力区域，从而为控制焊接变形做好一定的基础准备。

（3）根据焊缝位置选择焊接方式，在进行钢结构焊接时，对焊缝位置的处理方式等，都可能会造成不同程度的焊接变形现象出现。一般来说，先进行焊接处理的焊缝，很容易发生焊接变形的现象。当钢结构的截面形状符合对称的情况下，便可以使用对称焊接方式，这样便可以实现对焊接变形的合理控制。钢结构的截面形状不对称时，要先处理截面较小的进行焊接，这样便可以减少焊接变形的发生。

2.2 钢结构焊接应力的控制策略分析

（1）焊接顺序的合理选择。对于焊接应力的控制来讲，钢结构的焊接顺序，也需要对其进行合理的解决和处理。一般来说，要先对中间的部分进行焊接，再对四周进行焊接处理。当一些钢结构自身的表面存在交叉焊缝的情况时，该部位的焊接方式要严加管理。有可能在某些部位存在并未进行焊接处理的现象，就会在各种因素的影响下，使其出现焊接应力的状况，从而使钢结构自身的性能逐渐下降，钢结构自身的使用寿命也会降低。

（2）振动时效法的选择。经过以往的焊接经验和各种实际案例可以发现，在对钢结构进行焊接时，使用振动时效法，能够在一定程度上降低焊接应力的发生。这种方式的使用，与钢结构焊缝自身的大小和形状都没有任何关联，而且，施工的过程所耗费的时间成本较低，对自然环境也并未产生什么危害和污染。这种振动时效法的使用，在消除钢结构焊接应力时，要对振动的类型和程度进行合理的把控，从而提高钢结构的稳定性。

（3）间断焊接法的使用。在对钢结构进行焊接的过程中，钢结构自身会受到焊接热源的影响，使其出现一定程度上的焊接应力。使用的间断焊接法，主要是可以使焊接区的构件处于冷却的状态下，减少其受到的热源影响。该方法的使用，往往比较麻烦，需要消耗的焊接工期相对来讲比较长。

（4）分解焊接各部分的钢结构构件。有些钢结构自身的组成体积比较大，对于这种大体积的钢结构进行焊接，往往需要的焊接方式和程序都比较复杂，同时，也会消耗大量的成本。那么，对于这种情况，可以将这种大型的钢结构构件进行分解，分解之后的部分再单独进行焊接处理。这样一来，不仅能够减少焊接应力的发生，还可以促进钢结构焊接效率的提升。

3 结语

综上所述，在对钢结构焊接过程中，往往会因为多种因素的影响，使钢结构的焊接工作中出现一些问题，引起钢结构焊接变形和焊接应力。这样一来，便会给钢结构自身的性能造成影响，人们必须对此加以重视，尽可能地采取更多科学合理的措施，选择恰当的焊接方式和焊接顺序，减少和避免焊接出现变形以及应力的现象，从而加强对钢结构焊接质量的控制。