钢材受热变形的原因及解决办法

钢材受热变形的原因及解决办法摘要：钢结构加工制作过程中，焊接变形的影响因素比较多，如环境条件、施工材料以及各种人为因素（焊工的技能）等，而钢结构一旦出现变形问题，则会严重影响整个工程项目的施工质量，甚至会引发更为严重的后果。本文将对钢结构焊接变形的主要原因进行分析，并提出相应的预防措施与解决方法。关键词：钢结构、焊接、应力集中、变形0引言在建筑工程施工过程中，结构较为复杂、多样的钢结构焊接工作量非常大，这为钢结构焊接过程中的变形控制工作来带了压力；同时，钢结构焊接变形会对施工质量产生不利影响、造成严重的人员伤亡，因此加强对钢结构焊接变形问题的研究，具有非常重大的现实意义。1受热变形的原因胀缩应力焊接时，焊缝及热影响区受热而膨胀，但由于受到周围金属的阻碍而不能自由膨胀，此时产生压应力；冷却时，焊缝及热影响区要收缩，但又受到周围金属刚性的牵扯而不能自由收缩，而产生拉应力。由于以上所述两种应力的存在使焊件产生了变形。金属组织的转变焊接后，焊缝及热影响区的金属，由珠光体转变为奥氏体，在连续冷却时，奥氏体是在一温度范围内进行转变，因此往往得到混合式组织。随着温度的降低，转变产物的硬度随之提高，延伸率和断面收缩率也随之增大，因此产生了收缩，焊件产生变形。错边变形钢结构焊接人员在实际操作施工过程中，如果对钢结构加热不均匀，则钢结构构件就会产生不同程度的收缩，以至于焊缝位置的构件尺寸不相同，从而形成错边变形。焊接顺序焊接过程中因钢结构焊接顺序、施工方法不当而言产生的焊接变形。在钢结构焊接过程中，不同位置、顺序的焊接操作，可能会导致焊接变形。实践中可以看到，由于钢结构焊缝位置载力存在着一定的差异，因此如果先焊承载力相对较小一些的钢结构，则大负荷会将钢结构压至扭曲、出现焊接变形现象。2防止钢结构变形措施铆工在实际工作中，取得了许多丰富的经验，有效的防止了焊件的变形，概括起来大致有：反变形法、对称受热法、热量集中法和缩小温差法等。钢结构焊接问题的预防在钢结构的自重压力条件下，为了能有效提高钢结构自身的稳定性，拼装平台必须保持平直。如果钢结构不复杂，建议根据顺序采用一次安装的方式来完成焊接。需要注意的是，焊接操作要在整体装配完成之后才可以进行。反变形法在受弯构件放样过程中，需对其采取拱处理措施，对接板的搁置反变形，这样可以使其在施焊后补偿焊缝收缩。在焊接下料过程中，应当依靠不断的实验，最终确定收缩余量。在筒体焊接前反变形处理可以使用在焊缝周围均匀的焊接固定块，上卡具，打销子的方法，提前做出收缩余量，这样在焊接后就不会出现钢材变形的情况:，如图1。图1也可以使用胎具限定的方法，提前做出胎具，有了胎具的限制，钢材焊接后的被限制在了提前定好的形态之中。在预置钢结构平台的时候花纹板应预留出焊缝，一般为3-5mm，焊接时采用花焊方法焊接。对称受热法任何型式的钢结构，焊接时要对称受热才能改善防变形效果。如图2。图2热量集中法热量集中，一则加快了焊接速度，二则减少了热影响区，因而产生金相组织转变的区域减小，所以能减少变形。按热量集中程度由大到小可排列为：氩弧焊、埋弧自动焊、手工电焊和气焊。同样一个构件，用气焊变形大，用氩弧焊变形小，就是这个道理。缩小温差法这里的温差是指被焊件与空间温度的差。温差大，散热快，变形就大，这是因为金相组织转变的产物的性能与冷却速度有关，对于有淬硬倾向的低合金结构钢会产生淬硬组织，使焊缝产生裂纹。对此，常采用的防变形措施是焊前预热和焊后缓冷，使温度差减小，可有效地防止变形。钢结构焊接前，为防止自然因素对焊接后的冷却效果的影响（比如快速的冷会导致焊接位置形成层状的裂缝），因此应当严格控制温度变化。焊接坡口位置需进行焊前的检查，对坡口的氧化铁、锈迹进行清理，从而为焊接操作准备良好的条件。焊接温度较低时，需对其采取预热处理，即利用温度仪对加热温度进行严格监控，确保受热均匀。如图3。图32.1.5在焊接顺序、施工工艺控制过程中，从以下几方面着手：焊接顺序应当科学合理。焊接顺序由内而外，自上而下，先采取单独体焊接方式，然后再进行整体焊接。焊接过程中，其顺序应当严格遵守，不能随意更改。在焊接操作过程中，要注意每一个节点的有效焊接，焊道质量应当严格控制，一旦产生变形，应对其进行合适的处理。2.2已变形的焊件矫正措施第一，利用压力机或者撑直机来纠正钢结构焊接变形。比如，将压力机放在变形构件两边，对准凸出部位慢压，以此来矫正变形。如果是扭曲变形，可使用龙门架、火焊把加热、千斤顶配合的方法进行校正。第二，焊接施工完成后，利用高温火焰反其道矫正变形，对焊接变形位置输入热量，加热到塑性状态，就会产生一定的收缩差