葛大利

沈陽(yáng)中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的防治方法

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沈陽(yáng)中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司

建筑構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的變形使其外形不符合設(shè)計(jì)圖紙和驗(yàn)收要求，不僅影響最后裝配工序的正常進(jìn)行，而且還有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力。如已產(chǎn)生角變形的對(duì)接和搭接構(gòu)件在受拉時(shí)將引起附加彎矩，其附加應(yīng)力嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的超載破壞。有鑒于此，必須對(duì)焊接變形不同類型和原因進(jìn)行全面分析，并采取有力措施控制焊接變形量，以確保不斷提高生產(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

建筑鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；治理措施

焊接，是一種采用加熱、高溫或高壓的方式接合金屬的制造工藝，其原理是首先對(duì)焊件的局部區(qū)域進(jìn)行加熱，最后實(shí)施冷卻凝固。在實(shí)際焊接操作中，焊件會(huì)因局部受熱不均勻產(chǎn)生焊接變形，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的載荷能力大大降低，使鋼結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程受到嚴(yán)重影響。因此，必須采取有效控制策略對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形進(jìn)行控制，確保鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的安全可靠性。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接中存在的問(wèn)題

1.1 焊接出現(xiàn)變形

焊接變形出現(xiàn)的原因有很多，但主要可以分為兩個(gè)方面，即人為原因和非人為原因。人為原因主要是指鋼結(jié)構(gòu)焊接之前沒(méi)有做好準(zhǔn)備工作，焊接平臺(tái)搭建不合理，焊接工件拼接存在問(wèn)題等。這些因素會(huì)使得鋼結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)變形。而非人為原因主要是指焊接工件本身的原因或者操作人員無(wú)法控制的原因。比如在高溫影響下，焊接工件因?yàn)槭軣岵痪鸬淖冃危换蛘呤枪ぜ旧韯偠容^小而產(chǎn)生的受熱收縮變形。這些焊接變形的出現(xiàn)是材料本身在焊接過(guò)程中產(chǎn)生變化而發(fā)生的，想要改善這類變形就需要在明確焊接原理的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)措施。

1.2 焊接發(fā)生斷裂

在鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中，還容易發(fā)生工件突然斷裂的問(wèn)題。雖然說(shuō)工件斷裂區(qū)域可以通過(guò)焊接過(guò)程來(lái)逐步補(bǔ)全，但是焊接工件的質(zhì)量卻會(huì)因?yàn)閿嗔褏^(qū)域而出現(xiàn)下滑，嚴(yán)重的還會(huì)直接威脅焊接成品使用中的安全性。目前，大部分學(xué)者和焊接高級(jí)技工都認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中發(fā)生斷裂的主要原因還是因?yàn)楹附与娏鞑环€(wěn)定、電路短路等問(wèn)題。這些因素會(huì)影響到鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中的受力分布，一旦達(dá)到一定臨界值，就很容易發(fā)生斷裂。但也有很大原因是因?yàn)椴牧媳旧硇阅懿贿^(guò)關(guān)，或者是焊接設(shè)計(jì)之初就沒(méi)有尋找到合適的焊接點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)在焊接的時(shí)候，材料很難承受焊接的溫度變化和應(yīng)力轉(zhuǎn)移，從而發(fā)生斷裂。

1.3 焊接完成開(kāi)裂在

鋼結(jié)構(gòu)焊接的時(shí)候，我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)有些工件雖然焊接在了一起，但是完成的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)突然開(kāi)裂現(xiàn)象，或者焊接不牢固，很容易受到外力就發(fā)生分離。這種問(wèn)題對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)焊接來(lái)說(shuō)是非常嚴(yán)重的，如果后續(xù)檢查不仔細(xì)，直接將這些焊接成品上交，那么就會(huì)引發(fā)后續(xù)安全事故。焊后開(kāi)裂的產(chǎn)生因素有很多，比如焊接方法不規(guī)范、焊條質(zhì)量問(wèn)題、操作不合格等。因此，我們必須要重視焊后開(kāi)裂問(wèn)題，并全方位的控制鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程，從根源上避免焊后開(kāi)裂的發(fā)生。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的防治方法

2.1 反變形法

預(yù)先估算結(jié)構(gòu)的變形值，在施工時(shí)預(yù)先起拱。反變形法可以利用各種不同的方式實(shí)現(xiàn)，常用的方式是使構(gòu)件反變形值與焊接產(chǎn)生的變形值相等，焊接完成后反變形消失。例如工字鋼截面與工字鋼截面或其他板材的對(duì)接接頭，常需要三條焊縫，即腹板的一條豎向焊縫和翼緣板的兩條水平焊縫，當(dāng)完成第一條翼緣板焊縫的焊接后，所焊板材會(huì)縮短，導(dǎo)致另外兩個(gè)未焊接的板材已不能再貼緊，如不采用方法來(lái)防止這種變形，則無(wú)法施工。針對(duì)此種情況可以采用反彎曲法，如先焊接上翼緣對(duì)接焊縫，則使結(jié)構(gòu)向上起拱，具體起拱值根據(jù)實(shí)際條件確定，上翼緣的焊接收縮可以和起拱值相抵消，這樣就不妨礙下翼緣板和腹板的焊接。

2.2 焊接變形的火焰矯正法

火焰矯正法是目前常用的控制變形方法之一，經(jīng)常用于型鋼或者鋼板由于焊接收縮產(chǎn)生的凹凸變形等情況。其原理是，在構(gòu)件變形的凸起處進(jìn)行局部加熱，鋼結(jié)構(gòu)由于熱脹冷縮的物理性能，會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹變形，當(dāng)加熱結(jié)束，鋼結(jié)構(gòu)冷卻收縮，收縮后的長(zhǎng)度比加熱前有所縮短，從而達(dá)到了矯正變形的目的。在使用火焰矯正法時(shí)，需要合理的確定加熱范圍、加熱溫度和深度。加熱溫度通常為500～800℃，火焰矯正時(shí)加熱溫度太低，矯正效果不明顯；如果加熱溫度過(guò)高，會(huì)引起金屬變脆，并降低沖擊韌性，容易放生脆斷?；鹧婕訜岬姆秶悬c(diǎn)狀、線狀和三角形三種。其中，點(diǎn)狀加熱法適用于多數(shù)結(jié)構(gòu)的矯正，可根據(jù)不同情況加熱一點(diǎn)或數(shù)點(diǎn)。焊件較厚，則加熱點(diǎn)的直徑要大，焊件較薄，加熱點(diǎn)直徑要小一些。線狀加熱法適用于矯正變形量大及剛性大的焊接結(jié)構(gòu)。三角形加熱適用于厚度大、附性強(qiáng)的構(gòu)件。加熱深度一般控制在鋼板厚度的40%以下。

2.3 減少焊接應(yīng)力的技巧和工藝

減少焊接應(yīng)力也有一些值得學(xué)習(xí)的技巧和方法，首先要注意合理選用焊縫的尺寸，其次要選用合適的焊接參數(shù)和材料，采用一定的焊接工藝，進(jìn)行一定的熱處理措施，同時(shí)搭配振動(dòng)時(shí)效方法減少應(yīng)力。焊縫的熱脹冷縮會(huì)形成焊接應(yīng)力，焊接區(qū)域小，焊接后的變形程度就會(huì)較少。我們?cè)谶M(jìn)行焊接時(shí)會(huì)考慮到提高金屬的抗裂性、塑性、韌性，降低一定的應(yīng)力，所以我們需要選擇合適的材料進(jìn)行焊接。一般情況下，為了與母材達(dá)到一致會(huì)增加錳和硅的含量。

2.4 選擇合理的拼裝方案

對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等大體積的焊接施工，為了避免整體結(jié)構(gòu)發(fā)生大的變形，也為了施工方便，可以將大的結(jié)構(gòu)，分解成很多個(gè)小拼單元，最后再進(jìn)行總拼，形成整體結(jié)構(gòu)。這樣有利于控制整體結(jié)構(gòu)的焊接變形，有效的減小局部焊接變形對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。

總之，造成鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因復(fù)雜多樣，除了本身存在的問(wèn)題，還可能因操作環(huán)境和技工的操作技能限制而產(chǎn)生變形。因此，為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制，需要不斷地實(shí)踐和改進(jìn)，在實(shí)踐中改進(jìn)控制策略，同時(shí)還需要焊工具備良好的焊接技術(shù)，以提高鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的可靠性。

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