趙小慧;趙明華

摘要:建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強、外形豐富、維護方便等優(yōu)點,其應(yīng)用范圍廣泛。自20世紀80年代以來,中國建筑鋼結(jié)構(gòu)得到了空前的發(fā)展,高層鋼結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)如雨后春筍。焊接作為構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)的一種主要連接方法,在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計算機、自動控制等學(xué)科迅猛發(fā)展的今天,隨著新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝的不斷涌現(xiàn),在我國建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。據(jù)統(tǒng)計,約50%以上的鋼材在投入使用前需要經(jīng)過焊接加工處理。因此,焊接水平的提高是實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)快速發(fā)展和確保建筑鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

Abstract: Steel structure has the advantage of light weight, short construction period, strong adaptability and rich in appearance, convenient maintenance, etc., so it is widely used. Since from the 80 years of the 20th century, Chinese construction steal has experienced unprecedented development. High-rise steel structure, space steel structure, bridge steel structure, light steel and residential steel spring up quickly. Now physics, chemistry, metallurgy, materials, electronics, computers, automatic control disciplines are all developed quickly. Construction of welded steel, as a main connection method, has played a more import role in the steal structure construction with the emerging of new technology、new material、new equipment and new techniques. According to the statistics, about 50% of the steal needs welding processing before using. Thus, raising the level of welding steel structure technology is the key to achieve rapid development and to ensure the construction quality.

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);焊接;變形

Key words: steal structure; welding; deformation

中圖分類號:TU391文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)04-0205-01

作為鋼結(jié)構(gòu)制作和連接的主要技術(shù),焊接已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝工藝之中。然而,焊接中產(chǎn)生的變形問題不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能,如果嚴重的話甚至?xí)?dǎo)致焊件報廢,給企業(yè)造成直接經(jīng)濟損失。特別是在大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)中,這一問題表現(xiàn)得尤其突出。有鑒于此,必須對焊接變形不同類型和原因進行全面分析,并采取有力措施控制焊接變形量,以確保不斷提高生產(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量,降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1焊接變形的基本類型分析和原因分析

1.1 焊接變形的基本類型所謂焊接變形是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中,由于施焊電弧高溫引起的變形,以及焊接完成后在構(gòu)件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類變形中,焊接殘余變形是影響焊接質(zhì)量的主要因素,也是破壞性最強的變形類型。焊接殘余變形對結(jié)構(gòu)的不同層次的影響分為整體變形和局部變形;根據(jù)變形的不同特點則可分為:角變形、彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯邊變形。在這些變形類型中,角變形和波浪變形屬于局部變形,而其他類型的變形屬于整體變形。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較多的變形類型是整體變形。

1.2 焊接變形產(chǎn)生的原因分析鋼結(jié)構(gòu)剛度:剛度是指結(jié)構(gòu)體對拉伸方向和彎曲變形的抵抗能力。鋼結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于結(jié)構(gòu)截面形狀和尺寸的大小。例如,工字鋼截面和縱向桁架變形量,主要取決于其橫截面面積的弦桿截面大小的部分。再如,工字型、丁字型或其他形狀的型鋼的彎曲變形量主要取決于截面的抗彎剛度。焊接連接縫位置和數(shù)量:當鋼結(jié)構(gòu)剛度不足時,在設(shè)計焊接連接縫位置和數(shù)量時,應(yīng)在結(jié)構(gòu)體對稱安排,且焊接順序是合理的,構(gòu)件只能產(chǎn)生線性變形;當焊縫為不對稱的安排,產(chǎn)生的多為彎曲變形。焊接工藝:焊接電流偏大、焊條直徑較粗,使得焊接速度緩慢,可能導(dǎo)致焊接變形大;厚鋼板焊接時,手工焊接方法比自動焊接方法引起的變形量較小;采用多層焊接工藝時,首層的焊縫收縮變形最大,第二和第三層焊接變形量分別是首層的20%和5%、10%。也就是說,多層焊接的層數(shù)越多,焊接變形越明顯;斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量小;對接式焊縫的橫向收縮變形量比縱向收縮變形量大2至4倍;焊接順序不當或在沒有焊接妥當分部構(gòu)件時就進行整體組裝焊接,很容易產(chǎn)生焊接變形。因此,為了防治焊接變形,在焊接施工過程中必須制訂合理的工藝措施。

2鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治

2.1 焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計①控制焊縫的數(shù)量和大小。鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量多、尺寸大,焊接時的熱輸入量也更多,造成的焊接變形也更大。因此,在鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計時,應(yīng)設(shè)法控制焊縫的數(shù)量和大小,盡可能減少焊接變形。②根據(jù)焊接工藝選擇適合的焊縫坡口的形狀和尺寸。對焊縫坡口形成與大小合理的選擇應(yīng)能夠確保鋼結(jié)構(gòu)整體的承載能力充分。適當?shù)钠驴谛螤詈痛笮?可以通過減少截面積,進一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形量。③焊接節(jié)點的位置應(yīng)處于構(gòu)件截面的對稱處。結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點的位置應(yīng)盡可能在構(gòu)件截面的中性軸對稱位置,或盡量接近中性軸,同時應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)。④對于節(jié)點形式的選擇,應(yīng)選用剛性小的節(jié)點形式。節(jié)點應(yīng)避免在雙向、三向交叉處,這樣避免由于焊縫集中而導(dǎo)致的高溫和焊縫應(yīng)力集中,從而減少焊接變形。

2.2工藝措施①組裝和焊接順序。鋼結(jié)構(gòu)的制作、組裝應(yīng)該在一個標準的水平面上進行。該平臺應(yīng)確保所受的自重壓力的程度足夠大,不會出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象,以滿足構(gòu)件組裝的基本要求。在焊接小型構(gòu)件時可一次完成,即在焊接固定好位置后,用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結(jié)構(gòu)組裝與焊接需要先將小件組焊接完畢,然后再進行最后的組裝和焊接。在進行部件組裝時,為了防止組裝過程中產(chǎn)生過度的應(yīng)力和變形,應(yīng)該使不同型號的零配件符合構(gòu)件規(guī)定的規(guī)格、形狀大小和樣板的要求,并且組裝時不能有較大外力強制拼裝,以防止零部件過度焊接應(yīng)力和較大約束力帶來的變形。此外,組裝與焊接過程中應(yīng)使焊接接頭熱量均勻,消除應(yīng)力并減少變形;焊縫應(yīng)做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和T形貼角的尺寸無誤,且形式、大小應(yīng)與構(gòu)件的設(shè)計和焊接規(guī)范一致。②反變形。由于在冷卻過程中焊縫會產(chǎn)生收縮反應(yīng),減少了工件焊接后的尺寸。針對這個問題,為了彌補熱脹冷縮帶來的變形,在大型構(gòu)件焊接時常用反變形的方法。反變形方法是在進行焊接前使構(gòu)件預(yù)先發(fā)生變形,使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。例如,為了防止工字鋼梁上下蓋板的焊接角變形,可以在焊前用油壓機或折邊機在相反方向預(yù)先壓彎蓋板。③焊件夾具。大型結(jié)構(gòu)件在焊接接頭時各個工件和零件在自重和焊接應(yīng)力的作用下,要想使其位置固定是比較困難的。所以,每件焊接工件和零件除了要用焊接平臺固定位置外,還需要用焊件夾具有效地夾緊,以便防止工件發(fā)生變形。

3結(jié)束語

在大多數(shù)的情況下,通過采取適當?shù)暮附庸?jié)點構(gòu)造設(shè)計措施和技術(shù)措施,可以有效地控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形,以達到確保工程質(zhì)量的目的。但由于材料、結(jié)構(gòu)以及焊接施工現(xiàn)場環(huán)境等因素的復(fù)雜多變,還應(yīng)該在實踐中不斷總結(jié)和積累焊接經(jīng)驗,提高控制焊接應(yīng)力和焊接變形技術(shù)水平。