金曉鵬

合隆防爆電氣有限公司 浙江樂清 325600

鋼結(jié)構(gòu)在目前的眾多工程施工項(xiàng)目中被廣泛地推廣使用。在日常生活中鋼結(jié)構(gòu)的物件使用頗多，為很多行業(yè)提供了重要用途，在進(jìn)行焊接時(shí)難免會(huì)有一些問題出現(xiàn)，例如焊接變形等。應(yīng)對(duì)其采取及時(shí)有效的措施，避免發(fā)生的不良情況帶來不必要的麻煩，本文將對(duì)此問題進(jìn)行深入探討，分析原因并提出相關(guān)優(yōu)化措施。

1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）鋼結(jié)構(gòu)具體分為型鋼結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)也屬于鋼結(jié)構(gòu)范圍，首先鋼結(jié)構(gòu)具有自重較輕、材料強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，自重輕主要是與其他構(gòu)件相比在相同的荷載下鋼結(jié)構(gòu)會(huì)輕很多，其塑性和韌性較強(qiáng)，連帶其抗震性較強(qiáng)，材料較為均勻，更加便于生產(chǎn)和工廠生產(chǎn)的加工使用以及在機(jī)械化施工中能夠便于拆卸，無污染能夠?qū)崿F(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。在同樣的重量情況下，相對(duì)于混凝土來講鋼結(jié)構(gòu)對(duì)節(jié)約自重起到了良好的作用。

（2）材料質(zhì)地較為均勻，利用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程施工，工程完成的速度相對(duì)較快，由于鋼結(jié)構(gòu)大多是組裝和焊接形成，不需要養(yǎng)護(hù)等工作，因此大大縮短了工期。

（3）鋼結(jié)構(gòu)的密閉性較為優(yōu)良，同時(shí)還具有可拆卸的功能，尤其是螺栓連接的地方更加便于拆卸。而且鋼結(jié)構(gòu)想要挪移較為方便，回收無污染。

（4）鋼結(jié)構(gòu)在焊接方面具有良好的使用性能，能夠保證在焊接的部位較為完整，不會(huì)出現(xiàn)分裂的情況。

（5）鋼結(jié)構(gòu)易容易被腐蝕，耐火性較差：當(dāng)超過一定溫度就會(huì)產(chǎn)生變形的現(xiàn)象，如果超過更高的溫度，例如500℃的情況下，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)就會(huì)瞬間崩塌。

（6）在通常情況下鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性，但是當(dāng)它處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，尤其在低溫情況下，可能導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)脆斷的現(xiàn)象發(fā)生。

（7）由于鋼結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度較大，同時(shí)構(gòu)件的截面較小，尤其受壓構(gòu)件在同樣承受壓力的情況下更容易造成失穩(wěn)的現(xiàn)象。因此鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及危害

在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程當(dāng)中由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形狀及焊縫長度位置不同，在進(jìn)行焊接時(shí)容易造成不同形式的變形狀態(tài)。首先形成縱向殘余應(yīng)力的原因是由于在鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)在焊縫的區(qū)域會(huì)形成一種較高的溫度場(chǎng)，并且在整個(gè)板件上面溫度的分布是不均勻的，在焊縫的位置處溫度較高，遠(yuǎn)離焊縫的位置溫度較低，溫度形成了一種梯度的形式，溫度的梯度就會(huì)形成強(qiáng)弱分布不均勻的現(xiàn)象。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來講，溫度越高，強(qiáng)度就會(huì)隨之降低，所以中間的強(qiáng)度低、周邊的強(qiáng)度高，就會(huì)造成強(qiáng)弱分布不均勻，在升溫和降溫時(shí)會(huì)導(dǎo)致一些變形的約束[1]。以升溫為例在焊接的時(shí)候中間形成很高的溫度，由于熱脹冷縮中間部位的鋼材就會(huì)發(fā)生往旁邊鼓脹的現(xiàn)象。但是如果中間溫度低，周邊溫度高，鋼材無法向外擠出，此時(shí)在這種高溫下就會(huì)形成壓縮變形。在焊縫焊完之后，溫度散失，此時(shí)中間的部分由于熱脹冷縮的原理就會(huì)向中間收縮，焊縫處的收縮變形會(huì)受到周邊鋼材的約束，在此區(qū)域就會(huì)形成拉應(yīng)力，在焊縫處有了拉應(yīng)力，在沒有外荷載的情況下斷面上的內(nèi)力為零，在焊縫的位置處有了壓應(yīng)力，在遠(yuǎn)離的區(qū)域中就必然形成拉應(yīng)力，拉壓才能平衡，這種自平衡的應(yīng)力被稱為內(nèi)應(yīng)力，也就是殘余應(yīng)力。因此縱向焊接殘余應(yīng)力的主要來源就是溫度分布的不均勻。與縱向殘余應(yīng)力相同的原因在橫向也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，對(duì)于橫向而言，綜上所述兩種殘余應(yīng)力的疊加就形成了最終的橫向殘余應(yīng)力。如在兩塊鋼板中，中間有一條焊縫將其焊死，焊縫進(jìn)行縱向收縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，焊縫自身在橫向中也會(huì)存在溫度分布不均勻、收縮被約束的現(xiàn)象。隨著鋼結(jié)構(gòu)使用范圍越來越廣，例如大跨度結(jié)構(gòu)和超高層的建筑都在使用鋼結(jié)構(gòu)，鋼板的厚度有時(shí)候就會(huì)很夸張，有些工程在使用鋼板的厚度已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)要求，由于太厚的鋼板沒有辦法一次性焊接完成，就要進(jìn)行分層焊接，使焊縫的表面會(huì)存在一些雜質(zhì)，在不斷的進(jìn)行分層焊接之后，形成焊縫，就會(huì)使最下面的焊縫先進(jìn)行冷卻，對(duì)上面的焊縫就會(huì)形成約束，這種約束在厚度方向就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，產(chǎn)生塑性的壓縮變形。鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形和殘余應(yīng)力會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，減弱了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的有效截面積，使受壓構(gòu)件的穩(wěn)定可靠性大幅度降低。容易造成構(gòu)件損壞，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接加工的精度受到不利影響，破壞鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3 針對(duì)焊接變形及殘余應(yīng)力的優(yōu)化措施

3.1 降低焊接應(yīng)力的措施

（1）首先焊縫應(yīng)盡量布置在工作應(yīng)力較小的位置，避免焊縫密集交叉等現(xiàn)象發(fā)生?；虿捎镁植拷档蛣偠鹊霓k法，例如打開應(yīng)力槽進(jìn)行應(yīng)力釋放，或采用合理的接頭形式，避免采用搭接接頭，在必要時(shí)可采取振動(dòng)等措施就行消除或降低焊接應(yīng)力。其次對(duì)于其設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化完善。

（2）對(duì)焊縫尺寸和焊接順序進(jìn)行合理安排，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，降低焊縫應(yīng)力與變形產(chǎn)生的影響。

（3）在進(jìn)行焊接時(shí)對(duì)其工藝進(jìn)行分解施工，減小焊縫之間的拘束度。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，降低焊縫間的約束力，避免不能進(jìn)行自動(dòng)收縮的情況，通過分解焊接，提高焊接的精準(zhǔn)度。

3.2 預(yù)防焊接變形的措施

（1）進(jìn)行合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：合理安排焊縫的位置；合理選擇焊縫尺寸和形狀；盡可能減少焊縫數(shù)量，減少焊縫長度。

（2）對(duì)焊接工藝進(jìn)行科學(xué)合理選擇，對(duì)焊接的方法要進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，使焊接的順序和方向按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將焊件固定在平臺(tái)上進(jìn)行焊接，通過合理的方式在一定程度上增強(qiáng)焊件的剛度[2]。避免焊接變形。

（3）從焊接位置入手，確定好焊接的位置，根據(jù)坡口形態(tài)選擇相對(duì)應(yīng)的焊接方法，將位置控制在要求范圍之內(nèi)，選擇合理的焊接方法進(jìn)行作業(yè)。

（4）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接流程進(jìn)行優(yōu)化：在使用材料上確保一致，重視焊接前期預(yù)熱，進(jìn)行焊接試驗(yàn)，確保無誤后進(jìn)行焊接工作。

4 針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的檢查步驟及方式

（1）在鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接前期對(duì)將要進(jìn)行焊接的整個(gè)過程以及環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)檢查，保證焊接場(chǎng)所能夠避免不利因素產(chǎn)生的破壞，對(duì)焊工的操作資質(zhì)進(jìn)行審查，保障其條件符合將要開展的工作。對(duì)操作人員以及各方面進(jìn)行有效監(jiān)控。通過相關(guān)專業(yè)人員或儀器等對(duì)焊接的外觀及焊縫的外形尺寸進(jìn)行檢測(cè)，查看其是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)相關(guān)容器進(jìn)行密封試驗(yàn)及檢查焊縫的內(nèi)部是否存在缺陷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)焊接施工的工作開展奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)于原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制，保證使用的原材料符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在選擇焊接工藝時(shí)要對(duì)工藝進(jìn)行試樣檢驗(yàn)，擇優(yōu)選擇相應(yīng)合理的焊接工藝。

（2）在焊接的過程當(dāng)中也會(huì)產(chǎn)生新的缺陷，隨著設(shè)備使用時(shí)間的增長會(huì)不斷地?cái)U(kuò)展，最終會(huì)導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的破壞，因此在焊接過程當(dāng)中，對(duì)關(guān)鍵性、具有危險(xiǎn)性的構(gòu)件要進(jìn)行定期檢驗(yàn)，保證在操作時(shí)的安全性。在焊接過程中對(duì)溫度及可能產(chǎn)生的變形進(jìn)行有效控制，保障焊接設(shè)備的正常運(yùn)行。

（3）在焊接結(jié)束之后用焊接檢驗(yàn)尺測(cè)量焊接余高、焊瘤、凹陷、錯(cuò)口等[3]。對(duì)焊縫表面出現(xiàn)的問題及焊件的變形量進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)。對(duì)焊接完畢檢測(cè)得出的結(jié)果資料進(jìn)行內(nèi)容的評(píng)定，對(duì)存在問題的部分進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，保障每一項(xiàng)的質(zhì)量過關(guān)，對(duì)焊接過程當(dāng)中不符合要求的進(jìn)行科學(xué)手段的修補(bǔ)，在修補(bǔ)過后再進(jìn)行復(fù)查。對(duì)復(fù)查之后評(píng)定合格的部位進(jìn)行標(biāo)注記錄。

5 結(jié)語

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形和焊接應(yīng)力情況進(jìn)行有效的防控和檢驗(yàn)具有十分重要的作用。本文通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的闡述，分析了鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接變形和焊接應(yīng)力的原因及其危害，并對(duì)此提出了相應(yīng)的采取措施和檢驗(yàn)方法，在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，工作人員應(yīng)確定出現(xiàn)焊接變形和應(yīng)力的因素，及時(shí)采用有效措施對(duì)其進(jìn)行防控，通過合理的焊接工藝提升鋼結(jié)構(gòu)焊接的精準(zhǔn)度。