钢结构制造中焊接变形的控制方法
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摘要：随着科学技术的不断发展，钢结构制造业不断发展，钢结构在工业生产和建筑施工等领域得到了广泛的运用。钢结构具有质地轻便、性能良好的特点。一般来说，在钢结构投入使用之前，都需要经过焊接处理。因此，焊接水平的高低对钢结构的性能产生直接的影响。然而，在焊接过程中，由于受到多方面因素的影响，常常会出现焊接变形现象。焊接变形的出现不仅会严重影响钢结构的质量，还会对生产企业、钢结构施工质量等方面带来严重的不利影响。因此，在实际工作中，必须采取相应的策略，避免钢结构出现焊接变形现象的发生，以提高工程质量，保证施工进度，提高工程建设效益。
中图分类号： TU391 文献标识码： A
一、钢结构焊接变形概述
1、钢结构制造中焊接变形的必然性
在当前技术条件支持下，钢结构在应用过程中有着施工方便、质量轻、高强度、以及高塑性等多个方面的应用优势，因此被广泛应用于各类建筑施工作业当中。而在钢结构的制造过程当中，焊接的过程直观来说就是一个持续性高温加热的过程。在熔点位置极限高热温度的影响作用之下，导致熔点周边金属无法实现自由的膨胀，最终于焊接过程中产生塑性变形。为最大限度的保障钢结构制造质量，就需要相关人员针对焊接变形加以严格且有效的控制。
2、钢结构焊接变形类型
钢结构焊接变形存在两种类型，一种是在钢结构焊接工作中由于高温的施焊电弧导致的变形；另一种是构件经过局部不均匀加热冷却，焊接完成后构件在残余应力作用下产生残余形变。焊接残余变形是破坏力最强的变形，也是影响钢结构焊接质量的重要因素。焊接残余变形对钢结构不同程度的影响，分为整体变形和局部变形；对不同特点的变形又分为：横向收缩变形、纵向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪式变形以及错边变形，其中只有角变形和波浪变形属于局部变形，其他类型的变形都属于整体变形。而整体变形也是钢结构焊接发生的较多的变形。
二、钢结构制造中焊接变形的影响因素分析
1、焊接工艺
在焊接电流较大、焊条直径较宽的情况下会使焊接的速度变慢，受高温影响的区域范围也越大。容易造成焊接变形大；在多层焊的过程中，第一层的焊缝收缩量最大，第二层和第三层的焊缝收缩量分别是第一层收缩量的20％和5％一10％，焊接层数越多变形的程度就越大；断续焊缝方式比连续焊缝方式的收缩量变形小；对接式焊缝的横向收缩变形量是纵向的2倍至4倍；在没有按照合理的焊接程序进行焊接或是在没有安排好分部构件时就进行整体拼装焊接，使焊接变形的程度和可能性同时增大。由此可见，钢结构的焊接工艺的选择和实施对焊接变形的影响较大。
2、钢结构刚度
是指钢结构在拉伸和弯曲变形的作用下，所承受的抵抗能力。影响刚度的主要因素是钢结构的截面形状和截面的尺寸。例如，工字型、丁字型以及其他形态的型钢的弯曲变形量主要受截面的抗弯刚度影响；工字钢截面和纵向桁架变形量主要受钢结构截面面积及弦杆截面尺寸大小影响。
接缝位置和数量。在钢结构刚性较小时，焊接接缝成对称分布，在施焊程序步骤正确合理的情况下，只会产生线性缩短变形；当焊接接缝不对称分布，焊缝收缩与重心之间有距离使截面向上弯曲会产生弯曲变形；在施焊程序合理的情况下，焊缝截面中心与接头截面重心在同一方位上，只产生线性缩短；焊缝截面重心偏离接头截面重心时会产生角变形。
三、钢结构制造中焊接变形的控制方法
1、做好装配工作并合理选择焊接顺序
如果焊接小型钢结构，可以从装配、定位焊固定，选择适合焊接顺序一气呵成。在进行大型钢结构的焊接工作时，必须先将小组件焊接完毕后，再进行最后总体的装配和焊接。在进行部件装配时，应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格和形状要求，来防止装配过程中易发生的变形和产生过大的应力。同时，装备时不能采用较大的外力强行组拼，以防止构件焊接后由于受过大的约束力和应力发生变形。此外，应该注意装配和焊接过程中使焊接接头受热均匀，焊缝确保对接间隙、坡口角度和搭接长度的大小准确无误，保证与构件的设计和焊接的规定一致。
2、完善焊接工艺
在进行钢结构焊接时，耍根据经验和实际情况选择适当的焊接电流、 方向、速度和顺序，减少焊接变形；在焊接复杂的钢结构时，要遵循先焊短后焊长、先焊立后焊平、先焊对接缝再焊搭接缝、由中间往两边、由内往外焊接的焊接原则；对于过于集中的焊缝要用跳焊法，较长的焊缝选择分段退步焊和对称焊相结合的焊接方式。
3、利用固定构件增强刚性
在对塑性较好的低碳结构钢和低合金结构钢进行焊接时，可以在焊接平台上或是在构件上安装央具来固定构件，使钢结构的刚性增强后再进行焊接，由于受固定夹具的外力所制约，使得在焊接过程中的加热和冷却的收缩变形量出现大幅度的减小，能实现对焊接变形的有效防治。然而，对于碳钢和可焊性差的钢结构，该方法并不适用。
4、做好焊接节点构造的设计
具体来说，需要做好以下几项工作，第一、控制焊缝的面积和数量。在进行焊接的时候，如果输入的热量越多，越容易导致焊接变形情况的发生。因此，为了实现对焊接变形的有效控制，在焊接节点构造设计的时候，必须尽量减少焊缝的面积和焊缝的数量。这是设计工作中的一项重要工作，必须高度重视。第二、选择合理的焊缝破口形状和尺寸。为了确保钢结构整体有充足的承载能力，根据焊接工艺选择合理的焊缝破口形状与大小，来减少截面积对钢结构变形量的影响。第三、在构件截面的对称处设置焊接节点。结构中性轴焊接节点的位置应尽量控制在构件截面的中性轴处，或者十分接近中性轴，避免在高应力区焊接。第四、选用刚性小的节点形式。在选择节点形式时，避免在双向、三向交叉处选择节点，这样可以减少焊缝过于集中而引起的高温和焊缝应力集中而造成的焊接变形情况的发生。
5、适当采用反变形法
在焊接完成后，由于受热胀冷缩的影响会使焊缝在冷却中发生收缩，无形中减少了焊接尺寸。所以，在针对大型钢结构的焊接时会经常用到反变形法。反变形法就是在拼装时，根据焊接工艺试验和焊接经验，使构件向焊接变形相反方向做变形量大小的预先变形，以控制最终形成的焊接变形。但是这种方法要预先进行实验，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，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。
四、结语
钢结构在社会生产、建筑建设中的应用强劲广阔。钢结构焊接变形的种类有多种多样，其成因是多方面的。最主要原因在于钢结构在焊接过程当中的加热不够均匀。在当前技术条件支持下，焊接变形是各类钢结构制造过程中最为普遍的问题。为了控制钢结构焊接变形，保障钢结构产品的制造质量，在钢结构制造实际工作中，就需要针对钢结构制造过程中具体情况采取相应的策略。对其焊接变形问题进行严格且有效的控制，使得钢结构质量得以保证，促进社会生产的发展。
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