章慶安　徐春平

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)加工制作過(guò)程中，焊接變形的影響因素比較多，如環(huán)境條件、施工材料以及各種人為因素（焊工的技能）等，而鋼結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)變形問(wèn)題，則會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)更為嚴(yán)重的后果。本文將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施與解決方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接；應(yīng)力集中；變形

在建筑工程施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、多樣的鋼結(jié)構(gòu)焊接工作量非常大，這為鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中的變形控制工作來(lái)帶了壓力；同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響、造成嚴(yán)重的人員傷亡，因此加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問(wèn)題的研究，具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1.鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問(wèn)題分析

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形類型主要表現(xiàn)為以下幾種。第一，降溫型收縮變形。該種焊接變形主要是因?yàn)楹附油瓿珊?，隨著溫度的降低而導(dǎo)致金屬收縮，從焊縫開(kāi)始，會(huì)產(chǎn)生縱向的變形。第二，降溫過(guò)程中，焊縫位置因金屬收縮量不同而形成產(chǎn)角度位移，進(jìn)而產(chǎn)生角度型變形。第二，因扭曲而形成的螺旋變形。在焊縫角位置，因鋼結(jié)構(gòu)縱橫面分布不均勻，所以形成鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。第四，錯(cuò)邊變形。鋼結(jié)構(gòu)焊接人員在實(shí)際施工操作過(guò)程中，如果對(duì)鋼結(jié)構(gòu)加熱不均勻，則鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生不同程度的收縮，以致于焊縫位置的構(gòu)件尺寸不相同，進(jìn)而形成錯(cuò)邊變形。第五，撓曲型變形。鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中，如果焊縫位置不能產(chǎn)生一樣的焊接變形結(jié)果，則會(huì)給人一種扭曲感，這就是撓曲型變形。第六，波浪型變形。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，在焊縫位置存在著內(nèi)應(yīng)力，該種內(nèi)應(yīng)力在焊接位置會(huì)產(chǎn)生波浪式的表現(xiàn)形式。

第一，焊接過(guò)程中因溫度控制不當(dāng)而產(chǎn)生的焊接變形。從實(shí)踐來(lái)看，溫度是造成鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的重要因素，隨著溫度的不斷升高，當(dāng)達(dá)到金屬熔點(diǎn)時(shí)，甚不同類型的金屬材料膨脹程度存在著較大的差異；在此過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)感官上會(huì)有不協(xié)調(diào)之感，此時(shí)即產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。當(dāng)一種金屬接近或者達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，該種金屬會(huì)使臨近的金屬材料產(chǎn)生一定的膨脹，進(jìn)行造成變形。

第二，焊接過(guò)程中因鋼結(jié)構(gòu)焊接順序、施工方法不當(dāng)而言產(chǎn)生的焊接變形。在鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中，不同位置、順序的焊接操作，可能會(huì)導(dǎo)致焊接變形。實(shí)踐中可以看到，由于鋼結(jié)構(gòu)焊縫位置承載力存在著一定的差異性，因此如果先焊接承載力相對(duì)較小一些的鋼結(jié)構(gòu)，則大負(fù)荷會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)壓至扭曲、出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象。

第三，焊接過(guò)程中所使用的鋼結(jié)構(gòu)材料造成的焊接變形。對(duì)于不同的施工材料而言，它們的熔點(diǎn)也不僅相同。比如，溫度條件相同的情況下，不同的鋼結(jié)構(gòu)材料膨脹程度存在著一定的差異性。然而，膨脹過(guò)大、過(guò)小，均會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象，嚴(yán)重影響焊接施工質(zhì)量。

第四，鋼結(jié)構(gòu)焊縫。在鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中，總焊縫的位置在一定程度上決定著鋼結(jié)構(gòu)焊接變形程度。比如，在實(shí)際焊接施工過(guò)程中，不同負(fù)荷的鋼結(jié)構(gòu)對(duì)不同承載力金屬產(chǎn)生的壓力效果存在著較大的區(qū)別。因此，科學(xué)選擇總焊縫，可以有效控制焊接變形。

2.鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問(wèn)題的控制方法

基于以上對(duì)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)焊接變形類型、產(chǎn)生的主要原因分析，筆者認(rèn)為要想有效解決鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問(wèn)題，可從以下幾個(gè)方面著手：

2.1鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問(wèn)題的預(yù)防

在受彎構(gòu)件放樣過(guò)程中，需對(duì)其采取起拱處理措施，這樣可以使其在施焊后補(bǔ)償焊縫收縮。在焊接下料過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)依靠不斷的試驗(yàn)，最終確定收縮余量。一般而言，不超過(guò)24米的彎構(gòu)件收縮量放出5毫米為宜；超過(guò)24米的彎構(gòu)件其收縮量以放出8毫米為宜。在鋼結(jié)構(gòu)的自重壓力條件下，為了能夠有效提高鋼構(gòu)件自身的穩(wěn)定性，拼裝平臺(tái)必須保持平直。如果鋼結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，則建議根據(jù)順序采用一次安裝的方式來(lái)完成焊接。同時(shí)，需要注意的是焊接操作要在整體裝配完成后方可進(jìn)行，采用角焊接法平衡焊接變形。若構(gòu)件拼裝時(shí)的應(yīng)力、焊接變形過(guò)大，則需采用不同型號(hào)的零件，以免鋼構(gòu)件焊接完成后產(chǎn)生過(guò)大的拘束應(yīng)力，進(jìn)行而產(chǎn)生變形。在鋼構(gòu)件焊接施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)控制好焊接速度、焊接順序等，有序施工操作。

2.2鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中的控制方法

鋼結(jié)構(gòu)焊接通常受周?chē)h(huán)境條件的影響比較大，為有效避免環(huán)境因素對(duì)焊接施工的影響，建議在焊接處保持合適的溫度，特別低溫條件下的鋼結(jié)構(gòu)焊接操作過(guò)程中，對(duì)工藝技術(shù)手段的要求比較高。在此過(guò)程中，需對(duì)焊接流程進(jìn)行嚴(yán)格控制。首先，焊接前的準(zhǔn)備。①鋼結(jié)構(gòu)焊接前，為防止自然因素對(duì)焊接后的冷卻效果的影響（比如快速的冷會(huì)導(dǎo)致焊接位置形成層狀的裂縫），因此應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制溫度變化。②焊接坡口位置需進(jìn)行焊接前的檢查，對(duì)坡口污物、銹蝕等進(jìn)行有效清理，從而為焊接操作準(zhǔn)備好環(huán)境條件。③焊接溫度較低時(shí)，需對(duì)其采取預(yù)熱處理，即利用溫度儀對(duì)加熱溫度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，確保焊接受熱均勻。在焊接順序、施工工藝控制過(guò)程中，主要從以下幾個(gè)方面著手：

第一，焊接順序應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理。焊接順序由內(nèi)而外，自上而下；先采取單獨(dú)體焊接方式，然后再進(jìn)行整體焊接。焊接過(guò)程中，其順序應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守，不可隨意更改。在焊接操作過(guò)程中，要注意每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效焊接，焊道質(zhì)量應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制，一旦產(chǎn)生變形，則需對(duì)其進(jìn)行合理的處理。焊縫缺陷處理過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的檢測(cè)，焊縫缺陷返修時(shí)同樣要進(jìn)行嚴(yán)格預(yù)熱、保溫處理。

第二，焊接過(guò)程中需有效減小應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。①為了能夠在焊縫位置有效地將收弧線引出來(lái)，焊工焊縫之前要適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)時(shí)間，以便于能夠在焊接操作完成后將其精準(zhǔn)的切除掉，這樣就能有效的避免接頭裂紋病害的產(chǎn)生。②焊接操作過(guò)程中，可先焊接收縮量相對(duì)較大的位置。鋼結(jié)構(gòu)上、下翼與腹板相交處的

融合需嚴(yán)格按照順序進(jìn)行，其中上翼板應(yīng)當(dāng)先焊接，焊厚占鋼板厚度一半時(shí)，再焊接下翼板。由于下翼板的焊接操作難度較大，必須有至少兩名焊工配合進(jìn)行；下翼板焊接完成后，再對(duì)上翼板的剩余部分進(jìn)行焊接。

第三，鋼結(jié)構(gòu)焊接后的有效處理。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)焊接操作完成后，應(yīng)當(dāng)利用不同的檢查工具對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢查。比如，利用放大鏡等工具對(duì)焊接表面的夾渣、氣孔等進(jìn)行嚴(yán)格檢查，以免產(chǎn)生裂紋。在此過(guò)程中，主要注意兩點(diǎn)。一是做好保溫工作。鋼結(jié)構(gòu)焊接完成，并經(jīng)過(guò)檢查，對(duì)焊縫的后溫進(jìn)行嚴(yán)格處理，以確保功率比較大的烤槍沿焊縫中間兩側(cè)均勻加熱，通常溫度應(yīng)當(dāng)控制在250攝氏度左右，并且距中間部位兩端位置大約150毫米范圍內(nèi)，時(shí)間以20分鐘為宜。在后溫處理時(shí)，建議用石棉布扎進(jìn)該位置，然后將焊接防護(hù)棚密閉，特別是溫度相對(duì)較低的環(huán)境條件下，應(yīng)當(dāng)避免驟冷造成的變形，當(dāng)整體恢復(fù)常溫以后，再將防護(hù)棚撤掉。二是對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)超深比例20%進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。通過(guò)該種方式，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工焊縫存在的缺陷和問(wèn)題。尤其針對(duì)較為重要的承力節(jié)點(diǎn)，建議進(jìn)行一個(gè)月時(shí)間的跟蹤復(fù)測(cè)，以免鋼板出現(xiàn)撕裂型變形。

2.3已變形的焊接件矯正措施

第一，利用壓力機(jī)或者撐直機(jī)來(lái)糾正鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。比如，將壓力機(jī)放在變形構(gòu)件兩邊，對(duì)準(zhǔn)凸出部位慢壓，以此來(lái)矯正變形。第二，焊接施工完成后，利用高溫火焰反其道矯正變形，對(duì)焊接變形位置輸入熱量，加熱到塑性狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生一定的收縮差，變形會(huì)向相反方向發(fā)生變形，以此來(lái)矯正變形。

結(jié)語(yǔ)：鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的主要形式，應(yīng)用也比較普遍。在鋼結(jié)構(gòu)加工制作過(guò)程中，只有進(jìn)行事前、事中以及事后的焊接變形預(yù)防和矯正，才能保證后續(xù)施工質(zhì)量的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建平.高強(qiáng)鋼厚板焊接最佳熱輸入研究[J].電焊機(jī)，2014（02）.

[2]歐陽(yáng)成渝，王文海.淺談控制鋼結(jié)構(gòu)焊接變形[J].甘肅科技，2011（18）.

[3]孫玉琴.試述鋼結(jié)構(gòu)焊接變形與應(yīng)力控制[J].黑龍江科技信息，2010（21）.

[4]戴為志，劉景鳳.建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.