肖俊

【摘要】本文根據(jù)歷年制造橋梁鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)建造鋼橋資料以及公司實(shí)際制作鋼橋的案例，簡述橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的類型及原因，并探討了焊接變形的控制與矯正方法。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程;鋼結(jié)構(gòu);焊接;變形;矯正

引言：現(xiàn)如今鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層建筑、火車站雨棚以及橋梁等的建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高，建造速度快、外觀造型新穎的優(yōu)勢，應(yīng)用范圍很廣。鋼結(jié)構(gòu)主要是鋼板、H型鋼柱及鋼管，通過焊接連接。由于焊接過程是通過高溫熔化焊條或其他焊接物進(jìn)行連接的，要產(chǎn)生很高的溫度，而鋼材在溫度的影響下變化很大，會(huì)產(chǎn)生變形，如對焊接產(chǎn)生的變形不采取措施將會(huì)在安裝時(shí)產(chǎn)生偏差，影響工作效率，同時(shí)還會(huì)對鋼結(jié)構(gòu)整體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大的影響，令鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的變化，影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

1、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的類型及其原因

1.1?縱橫向收縮變形

在焊接鋼結(jié)構(gòu)之后，如果在軸向的方向出現(xiàn)了收縮變形，就視為縱向變形，在焊縫的垂直方向出現(xiàn)了收縮變形，就視為橫向變形。其中，橫向變形主要是因?yàn)楹缚p肉熔點(diǎn)之處受熱膨脹，并且與周圍低溫的金屬產(chǎn)生了沖擊而形成的。

1.2?波浪變形

在焊接薄板鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候，由于焊縫內(nèi)在應(yīng)力的存在，從而產(chǎn)生了波浪形收縮變形，視為波浪變形。

1.3?角變形

焊接之后的構(gòu)建平面圍繞著焊縫所產(chǎn)生的角位移就是角變形。其形成的原因是因?yàn)檠刂搴竦姆较虺霈F(xiàn)了焊縫的收縮變形量的不同從而造成的。

1.4?錯(cuò)邊變形

在焊接兩件鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，如果兩側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻受熱，從而使得焊件在高度與長度之上出現(xiàn)了錯(cuò)位，就視為錯(cuò)邊變形。

2、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形在設(shè)計(jì)中的控制

對于鋼結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)與合理，才能夠做到最基本的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制。所以，在設(shè)計(jì)期間，需要掌握不同焊接變形的主要起因以及相對應(yīng)的特點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出符合鋼結(jié)構(gòu)施工的焊接方式。

2.1?在鋼結(jié)構(gòu)的焊接方式選擇上，應(yīng)該考慮到焊縫破口的尺寸與形狀，只有在鋼結(jié)構(gòu)擁有足夠的承載力的同時(shí)，合理地選擇破口形狀與尺寸，才能夠減少焊縫截面面積，從而將鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形做到最大化控制。

2.2?盡量控制焊縫的數(shù)量以及其尺寸，如果鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量較多，并且尺寸較大，對于鋼結(jié)構(gòu)輸入的熱量也會(huì)變大，就容易引起較大的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形。因此，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的設(shè)計(jì)當(dāng)中，就需要對焊縫的數(shù)量以及尺寸做好最大限度地控制。

2.3?為了鋼結(jié)構(gòu)焊接操作更加方面，應(yīng)該避免焊縫的焊接位置處于仰面，這樣也可以保持焊接質(zhì)量不受影響。如果無法避免仰面焊接的情況，就需要對鋼結(jié)構(gòu)全方位的焊接技能有一個(gè)詳細(xì)的了解，才能夠避免焊接變形的出現(xiàn)。

3、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形在施工中的控制

3.1?組裝和焊接順序

鋼結(jié)構(gòu)的組裝應(yīng)該在一個(gè)精準(zhǔn)的工裝胎具上進(jìn)行。該平臺(tái)應(yīng)確保足夠的剛度，不會(huì)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。組裝塊、小型構(gòu)件焊接時(shí)可一次完成，即固定好位置后，用合適的焊接順序完成施焊。而大型鋼結(jié)構(gòu)組裝與焊接需要先將各組裝單元塊各自焊接完畢，然后再進(jìn)行最后的組裝和焊接。

3.2?反變形法

焊接構(gòu)件在冷卻時(shí)焊縫將因收縮而出現(xiàn)拉應(yīng)力，致使構(gòu)件產(chǎn)生變形，因此大型結(jié)構(gòu)件焊接前經(jīng)常用反變形法進(jìn)行控制。為了避免工字鋼梁的上下蓋板焊接時(shí)產(chǎn)生角變形，可在焊接前用折邊機(jī)或油壓機(jī)在反方向上壓彎上下蓋板;為了確保扁鋼和工字鋼在焊接后垂直，可以先把扁鋼往后焊每邊傾斜2°左右，這樣焊接后將會(huì)垂直。

3.3?剛性固定法

大型構(gòu)件接頭焊接時(shí)各工件及零件由于自重及焊接時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力的作用，要使將位置固定是很困難的。所以每個(gè)焊接裝配體不但要用平臺(tái)來固定其位置，關(guān)鍵部位還要用專業(yè)夾具夾緊構(gòu)件，從而使其在焊接時(shí)得到固定，確保達(dá)到焊接準(zhǔn)備要求。

4、橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的矯正

鋼結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)變形時(shí)需要對其進(jìn)行矯正：變形程度較輕的，矯正起來就會(huì)簡單;變形嚴(yán)重且復(fù)雜的，則需要多次矯正，而多次校正產(chǎn)生變形的相互影響，導(dǎo)致未產(chǎn)生正面效果而直接報(bào)廢。焊接過程中出現(xiàn)變形不但會(huì)直接影響了焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，還可能嚴(yán)重阻礙后期施工的進(jìn)行，耽誤整個(gè)工作進(jìn)度計(jì)劃，所以基礎(chǔ)環(huán)節(jié)很重要。要保證整個(gè)過程的順利，必須認(rèn)真對待焊接工作中遇到所有細(xì)節(jié)問題，監(jiān)控到作業(yè)流程中每一步。這里主要研究火焰矯正法。

橋梁鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是以鋼板、焊接H型鋼柱、鋼管為基礎(chǔ)的組合件。橋梁鋼結(jié)構(gòu)的外形尺寸都比較大，焊接后易產(chǎn)生彎曲或扭曲變形。焊接變形常用的點(diǎn)狀加熱法參考焊接件厚度來決定加熱點(diǎn)數(shù)和加熱墊的直徑，一般情況多用于矯正薄板的波浪變形;線狀加熱法主要針對變形量大及剛性大的結(jié)構(gòu)，采用火焰在寬度方向的橫向擺動(dòng)或沿直線方向的移動(dòng)來進(jìn)行帶狀加熱;三角形加熱主要針對厚度較大、剛性較強(qiáng)的焊接件的彎曲變形。針對不同的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，火焰矯正的具體操作如下。

4.1波浪變形火焰矯正

焊接波浪變形的矯正首選要找出凸起的波峰，并用圓點(diǎn)加熱法配合手錘矯正。加熱原點(diǎn)的直徑應(yīng)與鋼板厚度或波浪變形的面積大小成正比，但一般為5～?9?cm。波浪變形的主要矯正方法是點(diǎn)狀加熱法，加熱點(diǎn)的分布可呈梅花形或鏈?zhǔn)矫茳c(diǎn)形。利用中溫矯正時(shí)烤嘴要從波峰起作螺旋形移動(dòng);當(dāng)溫度在600?℃～700?℃時(shí)，在加熱區(qū)邊緣放置手錘，并用大錘擊打手錘，以擠壓加熱區(qū)金屬，使其冷卻收縮后被拉平。這種矯正應(yīng)注意的事項(xiàng)一是溫度控制在750?℃內(nèi)。二是一個(gè)圓點(diǎn)矯正完后再加熱第二個(gè)波峰點(diǎn)，以避免產(chǎn)生過大的收縮應(yīng)力。三是可以采用加水冷卻Q235鋼材以加快冷卻速度。

4.2?彎曲變形火焰矯正

彎曲變形火焰矯正矯正的是以鋼板、焊接H型鋼柱、鋼管為基礎(chǔ)組合件的上拱、下?lián)霞皬澢７椒ㄒ皇菍?zhǔn)翼緣板的縱長焊縫，采用從中間向兩端的線狀低溫或中溫加熱進(jìn)行矯正，但加熱時(shí)兩條加熱帶要同步進(jìn)行，以避免發(fā)生彎曲和扭曲變形。二是線狀加熱翼緣板，三角形加熱腹板。橫向線狀加熱寬度一般取20～90?mm，加熱由寬度中間往兩邊進(jìn)行擴(kuò)展，二人一起操作;后再加熱三角形。其寬度不超2倍板厚，三角形底邊應(yīng)與對應(yīng)翼板的上線狀寬度相等，加熱時(shí)從三角形頂部到中心往兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)展直到底部，此過程要注意一層層進(jìn)行加熱且溫度不能過高，否則易造成難矯正的凹陷變形。

4.3角變形火焰矯正

角變形火焰矯正主要矯正的是以鋼板、焊接H型鋼柱、鋼管為基礎(chǔ)組合件的角變形。在控制加熱溫度為650?℃的情況下，對準(zhǔn)焊縫外在翼緣板上面進(jìn)行縱向線狀加熱，可以采用直通加熱、鏈狀加熱或帶狀加熱法。由于寬度越大的加熱線，其橫向收縮也越大，所以當(dāng)橫向收縮大于縱向收縮時(shí)，要充分發(fā)揮加熱線橫向收縮作用。注意加熱線寬度一般是鋼板厚度的一半到2倍之間，加熱部位不要超過兩焊腳所控制范圍，不用水冷卻。

5、結(jié)語：

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接變形，并對超出公差要求的焊接變形進(jìn)行矯正，從而既滿足鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求，又滿足經(jīng)濟(jì)性要求。

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