張華崧

摘 要：工字鋼是采用焊接方法得到的，由于焊接過程中受熱不均，焊接完成后得到的工字鋼存在較嚴重的變形問題。如果不加如何控制，將會直接影響其使用質(zhì)量。國家標準規(guī)定工字鋼垂直方向上的變形量不能超過5 mm，彎曲撓度不得超過3 mm，翼板變形量不應(yīng)超過5 mm。為了確保工字鋼的焊接質(zhì)量，文章主要探討其產(chǎn)生的變形類型、造成變形的原因以及可以采取的防范措施。

關(guān)鍵詞：工字鋼；變形；防范工藝；方法

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0020-01

隨著科技的不斷發(fā)展，工字鋼在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，能夠有效縮短其施工工期，且具有較好的美學(xué)效果，被廣泛應(yīng)用在各種類型的建筑物中。據(jù)調(diào)查，工字鋼在廠房中的應(yīng)用比例達到了75%以上，其加工和制造已經(jīng)基本上形成了規(guī)模。但是由于缺乏比較規(guī)范的制造工藝，工字鋼在使用過程中會產(chǎn)生一定的焊接變形問題，導(dǎo)致其報廢率超過了7%以上。為此本文主要根據(jù)生產(chǎn)實踐介紹工字鋼在使用過程中產(chǎn)生的變形以及防范措施。

1 常見的工字鋼變形

通過對工字鋼變形情況的調(diào)查和分析，工字鋼產(chǎn)生變形的主要原因是由于其焊接時受熱不均，在高溫區(qū)域產(chǎn)生了一定的壓縮變形，熱量散去之后材料又產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，在材料內(nèi)部形成了一定的焊接殘余應(yīng)力，產(chǎn)生變形現(xiàn)象。其產(chǎn)生的變形主要有收縮變形、撓曲變形、角變形以及波浪變形等。

1.1 撓曲變形

該變形是由于工字鋼在焊接過程中焊縫分布不對稱造成的，對于一般的工字鋼是不會出現(xiàn)撓曲變形的，常產(chǎn)生在大型工字鋼零件中。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于工字鋼在焊接過程中位置沒有擺放平整或者焊接過程中施焊的方向不對。因此只要提高焊接時的責(zé)任心，確保焊接順序和方向的正確性，該變形可以完全被控制。

1.2 角變形

該變形是由于工字鋼在焊接冷卻過程中在厚度方向上的收縮量大小不同造成上，其變形量的大小跟其焊腳的尺寸以及翼板的厚度有關(guān)。由于工字鋼上下翼板和腹板的連接處在焊接過程中出現(xiàn)受熱不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致其產(chǎn)生了變形現(xiàn)象，變形的大小跟翼板自身的剛度、焊縫的大小、焊接方法以及焊接線能量有關(guān)。一般情況下，翼板的剛度越大，工字鋼產(chǎn)生的變形越大，相反焊接尺寸越小，工字鋼產(chǎn)生的變形則越小。焊接過程中常采用的方法有埋弧焊、手弧焊以及二氧化碳焊接，其中二氧化碳焊接方法產(chǎn)生的變形最小，且具有較高的生產(chǎn)效率，在工字鋼焊接過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

1.3 其它變形

這種現(xiàn)象是由工字鋼使用過程中承受壓應(yīng)力造成的，其壓力大小超過了其允許的應(yīng)力大小。此時連接翼板和腹板的焊縫出現(xiàn)了縱向伸縮現(xiàn)象，產(chǎn)生了一定的殘余應(yīng)力。工字鋼在使用過程中還會出現(xiàn)扭曲變形以及拱起等現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因是由于焊接過程中采用的工藝順序不合理，一旦變形產(chǎn)生就很難采取措施進行糾正。

2 預(yù)防工字鋼變形的措施

為了確保工字鋼在使用過程中的質(zhì)量，避免出現(xiàn)變形現(xiàn)象，下面我們給出幾個具體的防范措施。

2.1 設(shè)計方面

通過上面的論述，我們知道焊接質(zhì)量的高低直接關(guān)系到工字鋼的變形情況，即焊縫越大，焊接過程越復(fù)雜，焊接變形越明顯。因此在設(shè)計過程中設(shè)計人員要在保證焊縫正常承載能力的情況下，最大限度的降低焊縫的尺寸。同時設(shè)計人員還可以在圖紙中對焊接施工的順序進行標注，避免施工過程中焊接人員文化素質(zhì)較差，造成的焊接質(zhì)量難以保證的問題。

2.2 選材方面

為了避免工字鋼腹板彎曲引起的彎曲變形，必須要確保腹板氣割的質(zhì)量，避免出現(xiàn)受熱變形現(xiàn)象。這就要求在氣割時按照一般鋼材下料的工藝進行，避免出現(xiàn)工字鋼單邊受熱想象，影響工字鋼后續(xù)的組裝以及焊接。下料時可以從鋼料的中間切割，留取兩端。

如在進行氣割時，可以現(xiàn)在鋼板兩頭100 mm處劃線，然后用鉆頭鉆一個5 mm大小的孔，作為氣割時的起始位置。然后按照從左到右的順序進行切割，完成后自然冷卻5～8 h，從而最大限度的降低工字鋼切割過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。最后再利用手工氣割的方法將切割過程中產(chǎn)生的一些熔渣去除，并且測量切割后產(chǎn)品的形位參數(shù)。如果產(chǎn)生的變形較大，可以使用冷矯法對其形狀和尺寸進行細微矯正，知道達到要求的精度。

2.3 翼板變形的防范措施

首先，可以采用反變形法，焊接之前先對其可能產(chǎn)生的變形量大小進行預(yù)測，然后采用反變形的方法分段完成對鋼板的壓制，實現(xiàn)其變形量大小的改善。目前這種方法在長度較小，厚度較薄的鋼板中應(yīng)用較多；如果鋼板厚度較大，在采用反變形方法進行矯正時，容易出現(xiàn)受力不均的現(xiàn)象，使其出現(xiàn)波浪變形，給工字鋼的轉(zhuǎn)配帶來更加嚴重的困難。

其次，可以采用剛性固定的方法，該方法能夠降低工字鋼翼板上角變形量的大小，防止翼板出現(xiàn)轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。但是在使用過程中需要采用合適的計算方法對固定點的位置和尺寸進行計算。另外如果固定點的位置距離翼板邊緣非常近，還可以通過增加筋板的方式來降低翼板的變形量。焊接完成之后，將輔助立筋板去掉，即可得到變形量較小的工字鋼。

2.4 選擇合適的焊接順序

一般情況下，工字鋼具有4個角焊縫，如果焊縫出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象，就會在焊接位置處產(chǎn)生力的作用，使工字鋼縮短并且產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。所以在焊接過程中可以采用左下角-左上角-右下角-右上角的順序依次進行焊接，即先完成一個工字截面的焊接，然后再焊接另一面。這樣工字鋼上下對角位置產(chǎn)生的變形量會相互抵消，確保其形位精度。同時還要注意焊接過程中的焊接方向，要確保4個焊縫的焊接方向一致，且一次完成一條焊縫的焊接。具體的焊接原則如下：

①收縮量較大處先進行焊接；反之，則后焊接。

②距離中性軸較遠處先進性焊接；反之，則后焊接。

③具有對稱軸的工件，焊接過程中應(yīng)該采用相同的參數(shù)。

3 焊接外的矯正措施

如果采取上面幾種措施后，工字鋼冷卻后仍然出現(xiàn)了變形現(xiàn)象，還可以通過以下幾種方面進行校正：

①采用機械法進行修正，按照其采用設(shè)備的不同可以將其分成翼緣矯直機矯正和工裝壓力矯正兩種，其中前者適用于寬度較大，超過200 mm的工字鋼；后者則適用于寬度小于200 mm的工字鋼。

②火焰矯正法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對工字鋼的批量變形矯正，具有矯正成本高和矯正效率低的特點，另外在矯正過程中對操作人員的技術(shù)和經(jīng)驗水平要求較高。

因此不管是通過何種方法進行工字鋼變形的矯正，都對操作人員的技能和經(jīng)驗水平要求較高，即要求其懂得材料變形的一般規(guī)律，只有這樣才能夠在施工過程中采取正確的施工工藝，降低其變形量。

4 結(jié) 語

變形是當(dāng)前工字鋼使用過程中遇到的主要問題，嚴重影響了其美觀和使用性能，因此必須要采取合理的措施徹底解決其變形問題。通過本次論文的研究得到造成工字鋼變形的主要原因是其焊接過程中受熱不均勻、擺放不正確以及焊接順序不對造成的，所以在焊接過程中首先要將工件水平擺放，然后再按照一般焊接的工藝進行焊接，即先中間后兩邊的對稱焊接工藝，最大限度的降低工字鋼在焊接過程中產(chǎn)生的撓曲變形和角變形現(xiàn)象。另外還可以根據(jù)焊接的具體情況采用活動筋板以及剛性固定的方法。對于焊接完成之后的變形可以通過機械矯正和火焰矯正的方法進行校正，矯正方法可以根據(jù)工件的寬度不同進行選擇。

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