城市人行天桥建设中钢箱梁焊接形变控制探究

周玉保

摘 要 钢箱梁结构强度高、抗震性优、施工快速，因而得以于人行天桥项目广泛实践运用。然而，在其施焊、制作之中，极易因作业人员的操作欠规范等诸多因素而出现形变问题，以致影响到整个天桥结构的构建质量与使用安全。对此，本文对城市人行天桥建设中钢箱梁焊接形变控制展开全面探讨，以供参考。

关键词 人行天桥;钢箱梁;焊接;形变控制

1焊接形变的成因与影响

（1）基本类型。在进行焊接作业时，钢材结构因为焊接电弧的超高温而出现的形变现象，且在焊接结束后钢结构仍会因残余变形而导致结构尺寸出现变化。在上述两种现象中，对焊接质量影响的主要因素为焊接结束后持续的残余形变，这种变形往往也是造成钢结构破坏最严重的变形。按照对不同结构的影响可将焊接结束后的残余形变的影响分为部分变形和整体变形;按照各种不同变形的特性可将其分为：波状、弯曲、错位、扭转、角和收缩等几种变形形式，其中波状变形和角变形是部分变形，弯曲、错位、扭转和收缩等变形是整体变形。焊接时钢材结构较少发生部分变形，多为整体变形。

（2）所致成因。对钢结构进行焊接时，因为焊接电弧的温度极高，所以造成钢结构各个部位的温度相差较大，靠近焊接部位的温度极高而远离焊接部位的温度接近室温。由于热胀冷缩的原因，焊接处钢材产生的膨胀效果远大于远离处，导致钢结构收到挤压发生变形;另一方面，焊接结束的冷却过程中，不同部位受到不同方向的內应力也不相同，从而致使钢结构不同部位发生不同的收缩，引起变形;另外，受内部晶粒转变造成体积改变也会导致焊件出现变形，这也是焊接结构产生焊接应力并出现焊接变形的重要原因。

（3）影响分析。焊接会造成钢结构的变形，这种变形现象会连带着影响焊接结构的内部应力，使其随之变形，并且这种变形不是瞬时的而是会残留很长时间。一般情况下残余应力和残余形变会共同存在，与残余应力相比，通常钢结构中残余形变的破坏力更大，这种变形会导致部件或整体的尺寸出现较大偏差而无法予以组装，让构件的稳定性能变差而失去承载力，极大影响钢结构产品的品质与质量，若要通过矫正手段恢复其稳定性，难度过大，同时还有可能导致损坏产品使其报废。另外，焊接残余应力和焊接变形很大程度上会导致结构发生裂纹，部分金属因为残余应力的影响导致其性能大幅降低，让此种金属的焊接技术难度大量增加。所以，在进行焊接过程中，应该对焊接的变形和应力机制进行充分的把握，知晓其中的规律，从而在操作中避免和减少变形而造成的危害[1]。

2钢箱梁焊接形变的控制

（1）焊接应力的控制。因为构件动力承载力、低温环境使用与三向应力情况均会受到残余应力的不利影响，所以，也应该特别注意对残余应力的控制，而残余应力控制的关键在于降低应力的峰值让其分布均匀，主要手段有：①使焊缝尺寸尽可能降低;②使焊接的束缚度尽量减少;③使用适当的顺序进行焊接;④减少焊接钢构件的刚度，使其更易收缩;⑤可以使用锤击对焊接时的参与应力进行消除。

（2）焊接形变的控制。焊接变形会对钢结构的构造、安装和使用造成直接的影响，同时，还会导致次应力或附加内力使焊件的质量变差、承载力变低，所以焊接形变的控制非常关键。可以采用以下手段对焊接形变进行控制。

①控制焊接缝的截面积。焊接缝的截面积应该尽可能降低，在操作中无超标缺陷焊缝的要求下使用小坡口尺寸工艺参数进行焊接。②使用屈服强度不大于345MPa的钢材要尽量降低热输入，尽量降低预热温度或不进行预热;尽量使用较低热输入的焊接手段。③在进行T形接头、十字形接头与对接接头做破口焊接时，若环境符合防治工艺要求或容易翻转，应该对称焊接双面坡口;焊接截面为对称图形的构件时，应该以中和轴作对称轴对称焊接。④若两面的坡口为非对称结构，应按照从深到浅的顺序，一次对焊缝不同侧进行焊接。⑤若有确定的节点模型、焊缝布置、焊接程序，这种情形下应该首选具有药芯焊丝自动保护电弧焊或熔化极气体自动保护电弧焊等较高能量密度的焊接方法进行焊接，同时尽量降低热输入。⑥在前期焊接设计时，应尽量减少焊接时焊缝的尺寸和数量;应该对焊缝进行合理的规划，不但应该防止焊缝的密度过高，还要焊缝的坐标尽量与中和轴相邻近，同时让焊缝的位置以中和轴为对称轴相对称。⑦对焊缝位点不以中和轴相对称时，先对焊缝数量少的一侧进行焊接，再焊接较多的一侧;再较厚的焊接板中，尽量使用多层焊接板，避免使用单层焊接板。⑧对于角变形可以使用反变形法进行控制。⑨可以使用定位焊固定一般构件并防止其变形;使用刚性固定法增加较大、较厚的构件并增加其焊接的刚性;使用分部分组装焊接法对大型焊件进行焊接，矫正后再使用连续施工或总装。⑩使用合理顺序进行焊接。使用逆向分段法、中分法进行较长焊缝的焊接;使用对称焊接法进行角接缝的焊接;双枪焊接法对H型钢结构进行焊接;从下至上焊接法对箱梁腹板成对焊缝进行焊接，以满足上拱的焊接要求。当两条或多条焊缝相交时，先对易收缩变形的进行焊接，再依次焊接其余焊接缝，使得不同焊缝的内应力得到合理分配，从而减少形变;若焊接缝与焊接角相交时应首先对接缝进行焊接。对钢箱横梁和横隔板进行焊接时，药采用刚性固定的方式进行焊接，避免焊接大量焊接缝的一侧时造成波状形变。先使用20号钢槽制作一个中空、表面光滑、操作向外的框架钢结构，使用此结构可以很好地对横隔板进行固定，固定横隔板后使用带CO2气体保护的实心焊丝对框架进行焊接，并在两侧对称部分同时安排两名施工人员进行焊接。为了避免焊接电弧对眼睛的损害，应使用三夹板在中部进行遮挡以减少弧光的强度。这样操作能有效减少波状变形的产生[2]。

3结束语

钢箱梁结构存有焊接质量缺陷不仅会对所涉部位的施建质量造成影响，而且还会对整个钢箱梁结构的承荷能力与安稳性产生影响，故而，在开展实践项目的作业施工时，务须牢牢把握影响焊接作业质量的各类因素，通过采取适当的技术控制举措，规避焊接作业中出现的种种质量缺陷，以保钢箱梁施建质量优质达标。

参考文献

[1] 许贺，曹磊.寸滩长江大桥钢箱梁整体拼装定位精度和焊接变形控制技术[J].城市道桥与防洪，2017（7）：114-116.

[2] 吴江波，袁俊，李彦国，等.南京长江第四大桥钢箱梁制造关键焊接技术及质量控制[J].焊接技术，2016，45（9）：1-3.