劉莉萍

【摘要】：近年來，我國的鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)普遍的應(yīng)用在各種工程中。在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，焊接是十分重要的施工工藝，其應(yīng)用原理是對焊件局部區(qū)域進(jìn)行加熱，然后冷卻凝固。本文將以內(nèi)蒙古冰上運(yùn)動訓(xùn)練中心為研究對象，對焊接施工變形影響因素以及焊接變形控制技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究，以期保證鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】：：鋼結(jié)構(gòu) 焊接施工 變形控制

引言

借助高溫加熱是鋼結(jié)構(gòu)焊接中的基本操作。該過程會達(dá)到最高溫度，即焊縫處的金屬熔點(diǎn)，室溫是焊接溫度必定會降回的溫度，降溫過程也就是焊接鋼結(jié)構(gòu)的過程。所有事物均一樣，金屬同樣存在膨脹和冷縮，焊縫位置金屬到達(dá)熔點(diǎn)會達(dá)到最大的膨脹度。此時(shí)焊縫周圍金屬溫度較低，與填充焊接金屬相互融合，融合位置的焊縫金屬是不能充分膨脹的，造成焊接變形。鋼結(jié)構(gòu)存在質(zhì)量和施工的多種優(yōu)點(diǎn)，但焊接變形導(dǎo)致不能全部詮釋其運(yùn)用效果。本文就鋼結(jié)構(gòu)變形的種類及原因，針對鋼結(jié)構(gòu)變形的有效控制策略進(jìn)行分析。

1、焊接應(yīng)力和焊接變形的定義

在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，由于焊接時(shí)產(chǎn)生的熱源以及焊接熱循環(huán)的影響，使焊件不均勻受熱，在焊件上形成了不均勻的溫度區(qū)域，致使焊件根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特性不均勻的收縮及膨脹，使焊件內(nèi)部形成焊接應(yīng)力引起形變。焊接應(yīng)力根據(jù)焊件材質(zhì)、焊接時(shí)施工方法、焊接工藝及固定時(shí)的拘束程度等，造成不同的焊接應(yīng)力大小及分布，按照焊接應(yīng)力作用方向可將其分為三大類，分別為單向力、雙向應(yīng)力及三向應(yīng)力。薄板的對接焊劃歸為雙向應(yīng)力；大厚度焊件、丁字焊縫劃歸為三向應(yīng)力，其具有縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力及厚度方向產(chǎn)生的應(yīng)力。三向應(yīng)力會使鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂更易發(fā)生，降低材料的塑性，是一種存在安全隱患的應(yīng)力狀態(tài)。焊接殘余應(yīng)力和變形，對鋼結(jié)構(gòu)的承載能力以及構(gòu)件的加工精度有著很大的影響，施工中應(yīng)該從源頭抓起，強(qiáng)化設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)焊接工藝、焊接方法的精確度，降低焊接應(yīng)力和殘余變形對鋼結(jié)構(gòu)造成的影響。

2、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要類型

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因有很多，不同原因出現(xiàn)的結(jié)果也不同。鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要類型有：①降溫收縮縱橫變形。該類變形是焊接溫度降低金屬收縮的過程中，以焊縫為原點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)在縱橫軸方向出現(xiàn)的變形。②降溫過程中收縮量的不同導(dǎo)致角度發(fā)生變形。鋼結(jié)構(gòu)在焊縫位置主要是因?yàn)榻饘偈湛s量的差異導(dǎo)致角度位移，呈現(xiàn)出角度變形。③焊縫角螺旋狀變形。焊縫角鋼結(jié)構(gòu)縱橫面無法實(shí)現(xiàn)均勻分布，導(dǎo)致變形，進(jìn)而出現(xiàn)焊接變形。④錯(cuò)邊變形。加熱鋼結(jié)構(gòu)若發(fā)生不均勻情況，構(gòu)件的收縮度也會不同，進(jìn)而導(dǎo)致焊縫位置的構(gòu)件在長和寬上無法相同，導(dǎo)致錯(cuò)邊變形。⑤兩焊縫位置不可能會出現(xiàn)同一焊接變形結(jié)果，帶給人一種感官扭曲變形，也就是撓區(qū)變形。⑥波浪形變形。焊縫位置有著自身的內(nèi)應(yīng)力，能夠在焊接位置出現(xiàn)波浪式表現(xiàn)，即波浪式變形。

3、鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力控制的策略分析

3.1振動時(shí)效法

采用振動時(shí)效法實(shí)踐的焊接經(jīng)驗(yàn)可知，在降低焊接殘余應(yīng)力方面振動時(shí)效法有著顯著作用，振動時(shí)效法其優(yōu)勢在于其作用下不受鋼結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、重量等因素的制約。同時(shí)施工周期短、效率高并且沒有污染。因此可以選擇結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的外形特點(diǎn)及應(yīng)力情況，合理選擇有效的振型，對鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力部位施加適度振動，消除構(gòu)件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。特別是對于環(huán)狀鋼結(jié)構(gòu)，振動時(shí)效法對穩(wěn)定構(gòu)件的行為尺寸效果顯著。

3.2采取合理的焊接順序

在焊接過程中應(yīng)遵循先焊中間，后焊四周的施工順序，這樣可以做到焊縫按照中間向四周的方向依次收縮，減小其相互作用力。在構(gòu)件表面有交叉焊縫的情況下，著重注意交叉處的焊接工藝。在靠近縱向焊縫的橫向焊縫處，多會有未焊透的情況，且同時(shí)此部分未焊透的情況多有出現(xiàn)，此時(shí)焊接縫正好在縱焊縫的拉伸應(yīng)力場中，三向應(yīng)力就會產(chǎn)生，造成脆性形變。

3.3加強(qiáng)焊接溫度控制

在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中，嚴(yán)格控制焊接溫度，能有效避免產(chǎn)生焊接變形，比如，在對一個(gè)焊縫處的金屬進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該盡量避免對周邊金屬造成影響。焊接施工完成后，應(yīng)該及時(shí)采取有效措施進(jìn)行降溫，避免金屬余溫對周邊金屬造成不良影響。除此以外，如果焊接施工順序安排不當(dāng)，也會造成焊接變形，因此還需要結(jié)合工程實(shí)際需要合理安排焊接順序，比如，施工人員要消除撓曲變形，可以對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行上下焊接或者對角焊接。

3.4合理選擇焊接縫位置

基于相同的承載力，若是焊縫位置不同也會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的焊接變形。施工人員要盡量降低鋼結(jié)構(gòu)金屬收縮量，采用合適的焊縫位置，充分降低梁和柱構(gòu)件變形，取中性軸對稱或截面作為焊縫位置較好。

3.5對構(gòu)件進(jìn)行分解施工

常態(tài)下體積越大的鋼結(jié)構(gòu)，焊接起來更加復(fù)雜。在施工時(shí)可以把大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解焊接，待校正完成后再進(jìn)行總體焊接安裝，提高施工效率的同時(shí)降低了焊接應(yīng)力，同時(shí)提高了鋼結(jié)構(gòu)的整體精準(zhǔn)度。

3.6消除殘余變形

在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中，造成結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的因素有很多，包括溫度、重力、鋼結(jié)構(gòu)材料、承載力等等，另外，焊接施工環(huán)境以及焊接施工工藝也會對焊接變形造成一定的影響，因此，在焊接施工過程中，必須積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并采取有效的預(yù)防措施。加熱矯正引起的應(yīng)力會與焊接應(yīng)力疊加，同向應(yīng)力疊加甚至可能會使構(gòu)件的總應(yīng)力超過允許應(yīng)力，從而導(dǎo)致構(gòu)件承載力增大引起結(jié)構(gòu)破壞。對于鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，有一部分可以在焊接施工過程中有效避免，而另外一部分則可以在施工過程中進(jìn)行有效控制，提高焊接生產(chǎn)效率，保證工程施工質(zhì)量，而這就要求在鋼結(jié)構(gòu)制作過程中合理選擇施工工藝，盡量避免構(gòu)件發(fā)生形變。

3.7減小焊縫尺寸設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)優(yōu)化階段，利用應(yīng)力計(jì)算合理考慮局部加熱循環(huán)，避免其引起的二次焊接應(yīng)力。同時(shí)端正觀念，消除焊縫越大越安全的錯(cuò)誤想法。施焊過程中控制好焊縫的尺寸，控制好焊縫的坡口角度，盡量采用雙面焊接坡口。

結(jié)語

綜上所述，在對鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，焊接變形和焊接應(yīng)力的控制，要結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)現(xiàn)場條件、鋼結(jié)構(gòu)的受力情況、焊接工藝的選擇等具體參數(shù)，結(jié)合有效的焊接措施見效焊接變形以及殘余應(yīng)力的影響，保證鋼結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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