大型钢结构制作中焊接变形的控制分析

朱佳

摘要：近年来，在我国工业快速发展中，作为工业化道路建设中重要的组成部分，机械工业中的大型钢结构得到了广泛应用。而在其应用中，一项必不可少的工艺就是焊接，焊接的质量会进一步影响到大型钢结构的安全性和质量水平。其中，在大型钢结构焊接中，需要进行多项复杂的操作和计算，而焊接本身是一项实施过程会存在复杂变化的工艺技术，因此大型钢结构的焊接难度较大。本文主要进行大型钢结构制作中焊接变形的控制分析，了解大型钢结构的焊接难度和产生变形的因素，以更好地控制变形，保证焊接质量。

关键词：大型钢结构;制作;焊接;变形;控制策略

引言

在焊接工艺操作中，存在建模和数值求解方面的多项问题，并且大型钢结构焊接的难度更高。在大型钢结构制作中，焊接是其重要工序，消除焊接应力、控制焊接变形是确保工程质量的关键所在。

1大型钢结构制作中焊接变形的影响因素

1.1材料因素

大型钢结构制作中，焊接材料是引发焊接变形的重要因素，一般情况下，母材与焊材作为焊接常用材料，其物理性能及热力学性能往往会对焊接效果产生强烈影响。在大型钢结构制造中，焊接变形的影响因素包括温度梯度和材料热传导系数，而这两种因素之间呈鲜明的反比例增长关系，也就是说，随着热传导系数的减小，温度梯度会明显增大，材料所受焊接影响也比较大，此种情况下焊接变形也比较严重。而热力学性能对大型钢结构变形的影响则明显强于材料物理性能，其中以膨胀系数为典型代表。随着膨胀系数的加大，焊接变形也会随之加大。此外，大型钢结构焊接中会形成高温环境，此时材料屈服基线及弹性模量也是影响材料焊接变形的重要因素，其具体关系为：随着弹性模量的逐渐变大，焊接变形会在一定程度上减小，但受到材料屈服极限增大的影响，焊接残余应力显著增强，导致材料受力能力明显降低，使得大型钢结构焊接出现严重变形。材料是大型钢结构制作过程当中最重要影响因素之一。在焊接当中经常会运用到母材和焊材这两种材料。这两种材料在物理和热力学上性能有很大区别，它们对焊接效果也会产生不一样影响。大型钢结构制造过程会出现焊接变形原因主要有以下这两个方面。第一原因就是温度梯度，第二个原因就是材料热传导系数。这两者之间存在反比例关系，随着热传导系数变小，温度梯度会变大。材料是影响焊接最直接因素，它也会导致出现严重焊接变形情况。要注重材料选择问题。不过，材料的物理性能要比热力学性能影响结构变形大一点。其中，膨胀系数最为典型。除上面这两个影响因素之外，大型钢结构焊接还会受到高温环境、材料屈服基线等多重因素影响。在这些因素作用之下，所使用材料受力可能会降低，会出现严重变形情况。从这方面也可以看出，材料是非常关键环节。

1.2钢结构刚度

所谓钢结构刚度，是指大型钢结构在弯曲及拉伸变形条件下的抵抗力承受能力，在大型钢结构焊接中，钢结构截面尺寸及钢结构形状是影响刚度的重要因素，实际焊接中若不能加以科学化控制，极易引发焊接变形。一般情况下，钢结构界面尺寸及截面面积主要对纵向桁架及工字钢截面产生影响导致变形问题出现，而钢结构截面形状主要影响丁字钢、工字型钢的弯曲变形量，钢结构抗弯刚度与截面形状对大型钢结构的变形影响存在一致性。所谓钢结构刚度，主要是说在弯曲和拉伸情况下，钢结构所能够承受的抵抗力。对钢结构刚度能够产生影响因素主要有钢结构截面尺寸和形状。钢结构截面尺寸会对纵向桁架和工字钢截面变形量产生影响。同时，其截面形状抗压刚度也会对其形态弯曲有影响。

1.3焊缝位置

就大型钢结构焊接的实际情况来看，不同焊缝位置对结构整体所产生的影响也各不相同，具体来讲，若焊缝出现于钢结构受力部位，则会在一定程度上影响焊缝，并引发焊接变形问题，严重影响大型钢结构整体稳定性，甚至影响大型钢结构使用性能的发挥，给工程建筑埋下安全隐患。不同钢结构，焊接位置也有所不同。不同焊接缝隙也会对结构产生影响。因为钢结构在特殊受力情况下会出现焊接缝，受力状态会发生变化。在受到外界作用力影响之下，焊接缝也会导致焊接出现变形情况。从而对钢结构整体安全可靠产生不利影响。为此，在施工时候应该重点控制焊缝位置。

1.4焊接工艺

焊接是大型钢结构制作中的重要环节，焊接工艺也成为焊接变形的重要影响因素，相关工程实践表明，對接焊缝方式、多层焊接方式等都会在一定程度上引发焊接变形。就对接焊缝来看，应用此种焊接工艺会导致横向收缩变形量明显大于纵向收缩变形量，从而导致大型钢结构出现焊接变形。就多层焊接来看，焊接成熟与变形之间存在密切联系，随着焊接作业中层数的不断增加，焊接变形程度则会明显加大，层级之间收缩量差异导致大型钢结构焊接变形最终出现。

1.5焊接坡口影响

焊接坡口也是影响焊接工艺的原因之一。这个问题在实际操作过程当中，往往会被大家忽视。其实，焊接坡口会跟变形程度形成正比关系。当坡口越小，变形程度就会越小。在不同工艺水平之下，焊接坡口影响焊接工艺效果也有本质区别。在焊接时候要遵循一定规范，可以适当减少焊条摆动，从而减少焊接变形情况出现。

2焊接产品常见问题

焊接缺陷主要是应力集中和变形，会严重影响到焊接结构承载能力，同时存在应力和变形的情况下就会更加危险。当缺陷出现在焊缝及周边时，由于这类部位的拉伸残余力最大，因此会将焊接结构的强度降低。其原因在于焊接缺陷会减小承载横截面的有效面积，在其周边还会产生应力集中。在焊接中存在设计不当、施工不当的问题时，会导致应力集中和承载截面的变化，常见焊接缺陷主要是未焊透、裂纹、气孔和焊穿等。

3结束语

在当前建设工程中，大型钢结构运用广泛，且其应用程度也在发展。因此，对于其中存在的焊接变形的问题，要结合工作实践和影响因素分析研究等，进一步制定出可行的、有针对性的控制策略，使大型钢结构焊接质量得以保证，能够更好地应用。

参考文献

[1]刘迪.大型钢结构制作中焊接变形的控制分析[J].消费导刊214

[2]张亚晨.大型钢结构制作中焊接变形的控制分析[J].环球市场.