浅议钢结构制造中焊接变形的控制方法

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【摘要】本文以钢结构制造过程中的焊接变形问题为研究对象，首先简要分析了钢结构制造过程中产生焊接变形的主要机理，进而通过结合实际案例的方式，详细研究了桁架结构焊接变形的有效控制方法，希望能够为后续相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

【关键词】钢结构；桁架；焊接变形；机理；控制方法；分析

产生焊接变形的最主要原因在于：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。为尽可能的保障钢结构产品的制造质量，就需要针对钢结构制造过程中的焊接变形问题进行严格且有效的控制。本文试针对以上相关问题做详细分析与说明。

1钢结构制造中焊接变形的产生机理

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行的膨胀，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钢结构制造中焊接变形的控制方法

对于钢结构，特别是桁架结构而言，焊接作业中的变形问题是不可避免的。特别是对于规模相对较大、结构相对复杂的桁架结构制造作业而言，若无法在实际工作中对焊接变形问题进行严格且有效的控制，则势必会对整个钢结构制造工程的质量、工期、成本等因素产生极为不良的影响。因此，如何在钢结构制造中，针对焊接变形加以严格且有效的控制，这一问题就显得至关重要的。结合实践工作经验来看，需要结合工程实际，选取并设计最合理的焊接方法以及焊接顺序，同时需要通过增加约束力水平的方式，来实现对焊接变形的有效控制，且配合对焊接坡口的有效控制，确保焊接质量稳定可靠。具体而言，可归纳为以下几点：

2.1设计并实施合理的焊接方法以及焊接顺序

本文现结合工程实例，研究焊接方法以及焊接顺序的合理性，对桁架结构焊接变形控制质量的影响情况。例：某自动扶梯桁架采取角钢与槽钢相配合的方式焊接而成。焊接过程中的基本参数为：斜拉角钢（L63mm*6mm）；槽钢（U80mm）；弦杆（L125mm*80mm*10mm）。在对桁架结构进行焊接之后发现：受到整个桁架结构跨度、长度较长的因素影响，导致焊接变形问题对整个结构尺寸产生了极为深远的影响。因此，为最大限度的消除桁架结构焊接过程中的变形问题，就需要重点关注对焊接方法以及焊接顺序的合理设计。

自动扶梯桁架结构焊接过程中所表现出的焊缝集中出现在扶梯两侧的单片且偏下部位置。因此，在针对同一单片进行焊接作业的过程当中，应当尽量选取能够实现热量分散、以及对称性分布的焊接作业方法。实际工作中可以采取“跳焊”作业方式，防止在焊接过程中，工件呈现出局部性的加热集中问题，首先完成对收缩量较大焊缝的焊接作业。同时，焊接过程中还需要遵循以下几个方面的基本原则：（1）短缝先于长缝进行焊接；（2）内侧缝先于外侧缝进行焊接；（3）对接缝先于角缝进行焊接；（4）拉应力区缝先于剪应力区缝、以及压应力区缝进行焊接。借助于上述方式，确保焊接焊缝所引发的变形作用力能够相互收缩与抵消，防止变形问题演变成为整体性的变形问题。

在该自动扶梯桁架结构焊接作业当中，上单片零件装配结构示意图如下图所示（见图1）。考虑到上组立左右两单片有着充分的对称性特征，因此在零件拼装过程中所采取的是合并拼装的作业方式。一边装配、一边应用专用夹具对零件进行夹紧处理。同时，在零件的装配作业实施过程当中，还需要就装配平台与自动扶梯桁架结构两单片之间的垂直度情况进行严格检查。在检验桁架结构零件拼装完全合格的基础之上，选取双人对称焊接的方式进行焊接处理：如图1所示，先针对1#、6#、10#零件两端与弦杆连接缝进行焊接。焊接完成后进行翻转；进而针对4#、8#、11#、12#零件两端连接缝进行焊接。焊接完成后同样进行翻转；最后针对2#、3#、7#、9#、13#、14#零件两端连接缝进行焊接。焊接完成后进行翻转。在上述操作完成之后，对焊渣进行清洗，并补焊不合格位置。

2.2适当增加约束力水平

以某商用楼工程为例，该工程项目地上33层，建筑高度为135m，地下1层。工程结构采取桁架结构与框架结构相结合的结构体系模式。最为突出的特点体现在：构件重大、节点复杂程度高、焊接变形控制难度较大等特点。结合该工程项目桁架结构焊接的实际情况来看，最有效的焊接变形控制方式应当通过适当增加约束力水平的方式予以实现。

一般情况下，越小的结构刚度所对应的焊接后变形水平也就越大；而越大的结构刚度所对应的焊接后变形水平也就越小。同时，结构刚性水平受到了截面形状、截面尺寸、约束状态等相关因素的影响。在约束状态下，所产生的焊接变形较未处于约束状态下焊接变形数值而言更小。在该工程项目当中，桁架结构可以说是最为关键的受力构件之一。为实现对桁架结构焊接变形的良好控制，就需要在上节柱与下节柱进行对接焊接之前，将与上节柱相连的框架梁吊装就位，并与之连接。通过此种方式，形成局部性的稳定结构。由此使得楼面钢梁能够面向桁架结构提供良好的侧向约束支持，从而达到控制桁架结构焊接变形的重要目的。

2.3对焊接坡口的有效控制

实践研究结果证实：通过对桁架结构焊接坡口的良好控制，同样能够达到降低焊接变形的重要目的。以拼接性焊缝为例，特别是对于厚度较高板材拼接性焊缝的变形控制而言，为了最大限度的防止桁架结构在焊接后期产生突出的变形问题，就需要将焊接破口设置为非对称性的坡口。具体的操作方式应当为：首先将焊接坡口较深一侧的1/3区域翻转至背面，并进行焊接。在焊接完成之后再将剩余的2/3区域翻转过来进行焊接。在两次翻转焊接作用下完成对整体拼缝的焊接处理。结合实践经验来看，通过对焊接坡口的合理设置，可最大限度的降低拼接缝焊接过程中的翻转次数，在提高生产效率的同时，实现对焊接变形的良好控制。

3结束语

通过本文以上分析需要认识到：桁架结构作为建筑行业中最为常见的钢结构形式之一，在焊接作业过程当中潜在变形问题的可能性。因此，需要结合桁架结构工程建设情况，对所产生的焊接变形加以严格且有效的控制。总而言之，本文针对有关钢结构制造过程中焊接变形及其控制过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。

参考文献：

[1]汪建华，陆皓，魏良武等.固有应变有限元法预测焊接变形理论及其应用[J].焊接学报，2002（6）.

[2]刘强，陈志坚，范名琦等.高温屈服极限对高强钢焊接变形及残余应力影响的仿真研究[J].电焊机，2012（8）.