钢结构焊接变形的控制

1、钢结构焊接变形的控制摘要：在钢结构设计、施工领域中，焊接连接是主要的连接方式如何减小焊接变形一直是钢结构研究的课题之一。本文分析了焊接变形的原理、对结构的影响，并总结了控制焊接变形的措施。本文对钢结构工程有效控制焊接变形具有一定的参考价值。关键词：钢结构焊接变形焊接变形控制随着我国经济的快速发展，钢材产量的大幅度增加，钢结构制品在土木工程领域中得到了广泛的应用。钢结构的主要连接方式有螺栓连接和焊接，其中焊接由于其连接可靠、施工简单，逐渐成为了钢结构最常用的连接方法。焊接变形的原理在众多的焊接方法当中，电弧焊由于设备轻便，搬运灵活，适合于钢结构的施工作业等特点，成为主要的焊接方法。电弧焊就是在钢

2、构件连接处，借助电弧放电所产生的高温，将置于焊缝部位的焊条或焊丝金属熔化，同时将工件的表面熔化，形成焊接熔池，将两块分离的金属熔合在一起，从而获得牢固接头的焊接方法。在施焊过程中，焊件会发生变形，这种变形是暂时性的。当焊接完毕以后，构件完全冷却，会有一部分变形残留下来，形成焊接变形。焊接变形的实质取决于两个方面，一是焊缝区的熔融焊缝金属在冷却凝固收缩时产生了变形，导致构件发生纵向、横向或者角变形；二是焊缝区以外的焊件区域，由于熔融焊缝金属会将高温传递到焊件上，在焊件上形成热影响区，焊件在被加热和随后冷却的过程中产生变形，这种变形是一种单纯的热变形，如果焊件的热变形受到本身的刚度限制，就会引起焊

3、件的变形。焊接变形的影响（1）焊接变形影响钢结构的施工。钢构件都是按照设计尺寸进行加工和安装的，发生焊接变形以后，增加了施工校正的工作量，有时甚至需要对连接处的构件进行修整和切割，额外增加了一系列新的施工工序；（2）焊接变形改变了焊件和焊接结构的工作条件。变形之后的构件拼装以后，由于结构内部构件的扭曲以及几何中心线的弯曲，构件会产生相互作用的内应力。相当于给结构施加了不利荷载，不仅是构件的强度发生变化，对结构的稳定性也会产生影响；（3）构件的局部焊接变形引起结构整体的变形或翘曲，导致如网架等平面结构表面的变形过大，影响结构的功能实现。焊接变形的控制方法控制焊接变形，最简单的方法是对焊接构件施加

4、夹具约束，固定住所焊构件，焊接完成后撤去夹具。但是此种方法，由于限制了构件的收缩变形，会使结构产生极大的残余应力，或者失去很大一部分塑性，故此种方法一般不会单独应用。常用的控制方法如下：（1）合理预留焊接收缩量和调整间隙。焊接变形以收缩变形为主，可以采用预留收缩变形量的方式补偿焊缝收缩所引起的缩短。前提是要确定需要预留合理的收缩量。（2）选择合理的焊接顺序和焊接工艺。焊接复杂的结构或构件时发生的变形，往往与焊接顺序和工艺有很大的关系。例如工字钢的焊接采用不同的焊接顺序会对变形产生比较大的影响。第一种焊接顺序，先焊接腹板和一块翼缘板结合的焊缝，然后焊接腹板和另外一块翼缘板结合的焊缝，如图1中先焊

5、接1、2点，然后焊接3、4点，此时梁会发生在腹板垂直平面内的弯曲；第二种焊接顺序，先在腹板的同一方向施焊两条焊缝，然后在腹板的另外一个方向施焊两条焊缝，如图1中先焊接1、4点，然后焊接2、3点，此时梁会发生在翼缘板平面内的弯曲1。这两种焊接顺序都会导致结构的变形，所以都不是合理的焊接顺序。因为工字钢腹板和翼缘属于T型接头，工字钢的横截面沿着腹板轴线对称，且腹板和翼缘焊缝的长度较大，所以焊接处理方法为：工字钢延长度方向设置横向加劲肋，且焊接时将腹板和翼缘板固定，在工件放置条件允许或易于翻转的情况下，采用分段、双面同时施焊的方法。常用的焊接顺序确定方法，还包括：先焊接收缩量较大的接头，后焊接收缩量

6、较小的接头；对于较大收缩的接头，应预留焊接收缩余量；对于不对称的异性截面，可采用调整填充焊缝熔敷量和补偿加热的方法减少焊接变形2。对于网架结构，可以考虑中心向两端焊接，或者先腹杆后弦杆等焊接顺序。总之，按照正确的焊接顺序和工艺来进行操3）反变形法。预先估算结构的变形值，在施工时预先起拱。反变形法可以利用各种不同的方式实现，常用的方式是使构件反变形值与焊接产生的变形值相等，焊接完成后反变形消失。例如工字钢截面与工字钢截面或其他板材的对接接头，常需要三条焊缝，即腹板的一条竖向焊缝和翼缘板的两条水平焊缝，当完成第一条翼缘板焊缝的焊接后，所焊板材会缩短，导致另外两个未焊接的板材已不能再贴紧，如不采用方

7、法来防止这种变形，则无法施工。针对此种情况可以采用反弯曲法，如先焊接上翼缘对接焊缝，则使结构向上起拱，具体起拱值根据实际条件确定，上翼缘的焊接收缩可以和起拱值相抵消，这样就不妨碍下翼缘板和腹板的焊接。（4）选择合理的拼装方案。对于网架结构等大体积的焊接施工，为了避免整体结构发生大的变形，也为了施工方便，可以将大的结构，分解成很多个小拼单元，最后再进行总拼，形成整体结构。这样有利于控制整体结构的焊接变形，有效的减小局部焊接变形对整体结构的影响。（5）焊接变形的火焰矫正法。火焰矫正法是目前常用的控制变形方法之一，经常用于型钢或者钢板由于焊接收缩产生的凹凸变形等情况。其原理是，在构件变形的凸起处进行

8、局部加热，钢结构由于热胀冷缩的物理性能，会产生一定的膨胀变形，当加热结束，钢结构冷却收缩，收缩后的长度比加热前有所缩短，从而达到了矫正变形的目的。在使用火焰矫正法时，需要合理的确定加热范围、加热温度和深度。加热温度通常为500800C，火焰矫正时加热温度太低，矫正效果不明显；如果加热温度过高，会引起金属变脆，并降低冲击韧性，容易放生脆断。火焰5加热的范围有点状、线状和三角形三种。其中，点状加热法适用于多数结构的矫正，可根据不同情况加热一点或数点。焊件较厚，则加热点的直径要大，焊件较薄，加热点直径要小一些。线状加热法适用于矫正变形量大及刚性大的焊接结构。三角形加热适用于厚度大、附性强的构件。加热深度一般控制在钢板厚度的40%以下。加热深度较难准确的测量，现在大都凭经验进行判断。如果一次加热未能矫正焊接变形，则可以进行第二次加热，加热温度或者深度较上一次增加，直至达到效果。另外矫正时使用衬板衬垫，会起到更好的控制变形的效果。结语没有适当的考虑焊接变形，就不可能选出合理的结构形式，也不可能保证结构有可靠的强度和工作性能。所以考虑焊接变形，并采取必要的措施是非常重要的。另外，在控制焊接变形时，还需要考虑控制残余应力的大小，做到防止变形和防止应力同时进行。焊接变形控制方法很多，当一种方法无