浅谈对钢结构施工焊接变形的分析与防范

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【摘 要】钢结构具有强度高、塑性好的优点，但钢结构截面小、板厚薄，变形问题突出。高层钢结构安装过程中，变形累加也相当大，加上原材料的缺陷以及构件制作、施工、使用过程中不合理的工艺等原因，高层钢结构框架的变形问题更加突出。而焊接变形是高层钢结构框架变形的主要构成因素，所以必须给予高度重视，焊接变形的模拟和控制很值得研究。本文研究对象为高层钢框架结构施工焊接变形，主要阐述现阶段的钢结构施工焊接变形的种类、成因、减少方法和矫正措施。

【关键词】高层钢框架结构，施工变形，焊接变形

【中图分类号】TG404【文献标识码】B【文章编号】1672-5158（2013）02-0207-01

随着我国钢结构建筑市场的发展，对高层钢框架结构施工技术的要求也越来越高，借助现代技术来提升高层钢框架结构施工技术的水平已成为时代的需要。钢结构具有强度高、塑性好的特点，但同时，钢结构截面偏小，板厚及壁厚越来越薄。而且高层钢结构安装过程中，其变形累加也相当大，再加上原材料以及加工、制作、安装、使用过程中的缺陷和不合理的工艺等原因，高层钢框架结构的焊接变形问题更加突出，所以必须给予高度重视。

1 钢结构焊接变形的种类

钢结构经过焊接加工后，都会发生一定的形状改变，这就是焊接变形。钢结构焊接变形的几种基本形式主要有以下几种：

1.1 线性变形

（1）纵向变形：是焊缝纵向收缩引起的；

（2）横向变形：是焊缝横向收缩引起的。

1.2 角变形

贴角焊缝上层焊量大，收缩量也大，因此角变形主要是焊缝在其高度方向横向收缩不均匀引起的。

1.3 弯曲变形

对丁字型截面，焊缝收缩对重心有偏心距，因而使截面向上弯曲，所以弯曲变形是偏心焊缝的纵向收缩引起的。

1.4 扭转变形

钢结构焊接过程中，有些特殊的结构形式会出现波浪线型或螺线型变形即为扭转变形，其成因较为复杂。

2 焊接变形的成因

焊接变形产生的主要原因是由于焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀加热，以及随后的不均匀冷却作用和结构本身或外加的刚性拘束作用，通过力、温度和组织等因素的变化，从而在焊接接头区产生不均匀的收缩变形，焊缝的纵向和横向缩短是引起各种复杂变形的根本原因。

2.1 结构刚度

刚度就是结构抵抗拉伸和弯曲变形的能力，它主要取决于结构的截面形状及其尺寸大小。如桁架的纵向变形，主要取决于横截面面积和弦杆截面的尺寸；再如工字型、丁字型或其它形状截面的弯曲变形，主要取决于截面的抗弯刚度。

2.2 焊缝位置和数量

在钢结构刚性不大时，焊缝在结构中对称布置，施焊程序合理，则只产生线性缩短；当焊缝布置不对称时，则还会产生弯曲变形；焊缝截面重心与接头截面重心在同一位置上时，只要施焊程序合理，则只产生线性缩短；当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，则还会产生角变形。

3 预防和减少焊接变形的方法

3.1 放样和下料措施

为了补偿施焊后焊缝的线性收缩，梁、桁架等受弯构件放样时要起拱，放样下料时要留出收缩余量。收缩量与很多因素有关，实际生产时要依靠工艺试验来确定。放拼装台时要放出收缩量，一般受弯构件长度不大于24m时放5mm，长度大于24m时放8mm。

3.2 装配和焊接顺序

钢结构制作拼装的平台应具备标准的水平面，平台的钢度应保证构件在自重压力下，不失稳、不下沉，以保证构件的平直。小型结构可一次装配，用定位焊固定后，以合适的焊接顺序一次完成。如截面对称的构件，装配焊接顺序是先整体装配后焊接，焊接时应采用对角焊接法的顺序以平衡变形，同时应采用翻转架或转动胎具，以便形成船形位置焊缝，否则可由两个或四个焊工分别采用平焊和仰焊，由中间向两端焊接。大型钢结构如大型桁架，尽可能先用小件组焊，再总体装配和焊接。桁架和屋架端部的基座、屋架的天窗架支承板应预先拼焊成部件，以矫正后再拼装到屋架和桁架上，屋架和桁架的焊接顺序是：先焊上、下弦连接板外侧焊缝，后焊上、下弦连接板内侧焊缝，再焊接连板与腹杆焊缝，最后焊腹杆、上弦、下弦之间的垫板。桁架一面全部焊完后翻转，进行另一面焊接，其焊接顺序相同。手工焊时，应采用四个焊工同时从上、下弦中间向两端对称焊接。拼装时，为防止构件在拼装过程中产生过大的应力和变形，应使不同型号零件的规格或形状符合规定的尺寸和样板要求，同时在拼装时不宜采用较大的外力强制组对，以防构件焊后产生过大的拘束应力而发生变形。构件组装时，为使焊接接头均匀受热以消除应力和减少变形，应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角连接的尺寸正确，其形式、尺寸应符合设计和焊接规范要求。

3.3 焊接工艺措施

焊接施工时，应选择合适的焊接电流、速度、方向、顺序，以减少变形。焊接金属构件时，应先焊短，后焊长；先焊立，后焊平；先焊对接缝，再焊搭接缝，应从中间到两边，从里到外焊接。集中的焊缝应采用跳焊法，长焊缝采用分段退步焊和对称焊接法。

3.4 反变形法

拼装时，根据工艺试验和施工经验，使构件向焊接变形相反方向作适量的预变形，以控制焊接变形。这种方法需要预先进行试验，根据焊缝的设计要求，调整好焊接规范，选用材质和规格相同的钢板预先做一个试件进行焊接，使焊缝形式、焊角高度符合设计要求，焊完冷却到环境温度后测量翼板的变形量，把所测量的数值作为压制反变形的参数，压力机在翼板中心线上压出变形量的数值，使翼板的两端预先呈上翘状态，抵消焊接变形量，焊后正好持平。采用这种方法需要一台相应吨位的液压压力机。

3.5 刚性固定法

焊接时在平台上或在重叠的构件上设置夹具固定构件，增加刚性后，再进行焊接，这样焊接中的加热和冷却的收缩变形，被固定夹具等外力所限制，但这种方法只适应塑性较好的低碳结构钢和低合金结构钢，不适应中碳钢和可焊性更差的钢材，因为焊接应力常使焊件产生裂纹。

鉴于钢结构由于具有强度高、结构自重轻、构件截面小、抗震性好、平面布置灵活、有效节约空间、质量可靠、施工速度快、现场用工省，建设周期短等一系列优点，其在建筑行业得到广泛的应用。但由于在焊接过程中易产生焊接应力和焊接变形，然而由于焊接应力和焊接变形的存在首先在加工过程中大量增加了加工制造物力和人力，同时使整个构件丧失稳定性，使建筑框架系统承载能力下降，从而使建筑安全使用性大为降低。故在钢结构施工过程中应制定合理有效控制焊接应力和焊接变形措施，把焊接应力和焊接变形程度降到最低，以此保证整个建筑工程使用安全性。

参考文献

[1] 张朝晖.ANSYS8.0热分析教程与实例分析.中国铁道出版社.2005

[2] 中华人民共和国国家标准.建筑钢结构焊接技术规范.2000

[3] 中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范.2001

[4] 钢结构施工技术与实例.中国建筑工业出版社.2005

[5] 汪建华等.预测焊接变形的残余塑变有限元方法.上海交通大学学报，1997

[6] 汪建华.焊接变形和残余应力预测理论与计算-发展及应用前景.第三届计算机在焊接中的应用技术交流会论文集.2000

[7] 舒先庆.钢结构制造中焊接变形的控制方法.电焊机.2007

[8] 陈超.CO2气体保护焊焊接工艺设计及在电力工程钢结构上的应用.宁夏机械.2006

[9] 马玉昆.钢结构焊接变形矫正施工方法.应用能源技术.2008