浅析大型钢结构焊接变形控制技术周立红 【摘 要】钢结构在铁路桥梁及车站工程中广泛应用，而钢结构的应用需要焊接技术的支撑。焊接会受到焊接过程中的环境、温度和湿度等多方面的影响，导致钢结构产生各种各样的变形。轻微的焊接变形会对施工质量造成严重的影响，甚至毁掉整个工程，危害人民的生命财产安全。论文对钢结构焊接变形产生的原因进行了剖析，对相应的控制策略展开研究，结合工程实例阐述有效措施以，充分降低钢结构焊接的变形程度。 【关键词】钢结构；焊接变形；原因；控制策略 【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.03.005 借助高温加热是钢结构焊接中的基本操作。该过程会达到最高温度，即焊缝处的金属熔点，室温是焊接温度必定会降回的温度，降温过程也就是焊接钢结构的过程。所有事物均一样，金属同样存在膨胀和冷缩，焊缝位置金属到达熔点会达到最大的膨胀度[1]。此时焊缝周围金属温度较低，与填充焊接金属相互融合，融合位置的焊缝金属是不能充分膨胀的，造成焊接变形。钢结构存在质量和施工的多种优点，但焊接变形导致不能全部诠释其运用效果。本文就钢结构变形的种类及原因，针对钢结构变形的有效控制策略进行分析。 1 钢结构焊接变形的主要类型钢结构焊接变形的原因有很多，不同原因出现的结果也不同。钢结构焊接变形的主要类型有：①降温收缩纵横变形。该类变形是焊接温度降低金属收缩的过程中，以焊缝为原点，钢结构在纵横轴方向出现的变形[2]。②降温过程中收缩量的不同导致角度发生变形。钢结构在焊缝位置主要是因为金属收缩量的差异导致角度位移，呈现出角度变形。③焊缝角螺旋状变形。焊缝角钢结构纵横面无法实现均匀分布，导致变形，进而出现焊接变形[3]。④错边变形。加热钢结构若发生不均匀情况，构件的收缩度也会不同，进而导致焊缝位置的构件在长和宽上无法相同，导致错边变形。⑤两焊缝位置不可能会出现同一焊接变形结果，带给人一种感官扭曲变形，也就是挠区变形[4]。⑥波浪形变形。焊缝位置有着自身的内应力，能够在焊接位置出现波浪式表现，即波浪式变形。 2 钢结构焊接变形的主要原因造成钢结构焊接变形的原因很多，主要有以下几点。 2.1 温度控制不当 温度控制不当是钢结构焊接变形的重要原因之一，温度达到金属熔点或是更高的情况下，不同金属膨胀程度会不同。此时，整个钢结构看起来就很不协调，也就是发生了变形。此外，一种金属达到熔点并膨胀后，金属本身温度会很高，引起周围金属的膨胀，最终造成焊接变形[5]。 2.2 焊接顺序不合理和不恰当的焊接方法 钢结构各个部位焊接顺序都是不同的，由此也会造成钢结构发生焊接变形。钢结构焊缝的不同位置有着不同的承载力，应优先焊接承载力较小钢结构部位，若是构件重量比较大，降回必然造成钢结构扭曲，导致钢结构出现焊接变形。 2.3 材料因素 不同的材料有着不同的熔点。相同温度下不同材料自身膨胀度不同。膨胀度过大或过小都会造成钢结构焊接变形，从而影响钢结构焊接质量[6]。 2.4 焊缝位置选择不当 钢结构内必然存在焊缝，安排焊缝在不同位置，钢结构焊接变形程度不一。焊接过程中，钢结构重力针对不同承载力金属压力效果相同。选择合理纵焊缝位置，能够十分有效地控制钢结构焊接变形的发生[7]。 2.5 钢性及焊接变形程度的差异 在同样的承载力下。刚性大的钢结构变形较小，刚性小的钢结构变形较大。因此，钢结构刚性在焊接变形中是最大的影响因素。施工人员选取刚性大的钢结构来承载较大重力，选择刚性小的钢结构来承载较小重力，很好地防止了钢结构焊接中出现变形。 3 有效控制大型结构焊接变形的策略3.1 实现对钢结构焊接变形的合理控制 在钢结构节点构造不同或是焊缝的形式不同的情况下，施工人员要选择合适方法控制焊接变形。例如，可以选择合适的焊接工艺，尽量采用对称焊接、分段焊等方式。一般情况下发生变形的焊缝是焊接较早的焊缝，采取对称焊接可以充分减小钢结构焊接的变形程度。由此可见，施工人员能够均匀布置焊缝，使得每一焊缝都具有另外对称的一个焊缝，且选择焊接方式至关重要。 3.2 选择合理的焊接温度 钢结构焊接变形中的一部分是由于温度不当造成的。焊接中要控制好温度以减小焊接变形。如可在焊接缝金属内尽量不造成周围金属遭受影响，完成焊接后必须快速降温，防止金属余温对周围的金属产生影响。 3.3 采取合适的钢结构焊接顺序 要想消除挠曲变形，可以采取上下焊接对角焊接的方式。 3.4 依据用途选择材料 钢结构用途不同，承载重力也会不同。因此，施工人员要按照钢结构用途选择最佳的材料，并且要按照焊缝位置选择不同熔点金属，缩小钢结构由于焊接导致承载力与熔点的差异出现较大的变形。 3.5 合理选择焊接缝位置 基于相同的承载力，若是焊缝位置不同也会导致钢结构出现不同程度的焊接变形。施工人员要尽量降低钢结构金属收缩量，采用合适的焊缝位置，充分降低梁和柱构件变形，取中性轴对称或截面作为焊缝位置较好。 3.6 保证钢结构焊接方法的合理性 焊接中线的能量高低在某种程度上能够决定焊接变形程度。线能量越高变形越大，线能量越低变形越小。埋弧焊可降低钢翼板焊接变形程度。手工电弧焊能够被运用于盖面焊接中，不同的焊接方法导致出现不同的变形。 4 控制钢结构焊接实例分析——福田车站型钢梁焊接4.1 保证材料质量，做好检验工作 4.1.1 主材料 Q345B低合金结构钢屈服强度实测值和抗拉强度实测值比值不能大于0.85，伸长率大于20%，有明显屈服台阶和良好可焊性。对焊接节点，在板厚度大于或是等于40mm并且承受沿板厚方向拉力时，钢板Z向心梗达到Z15要求。 4.1.2 焊接材料 CO2气体保护焊，实心焊丝使用JQ·MG50-6（ER50-6），规格直径1.2mm；埋弧焊，实心埋弧焊丝使用H08MnA，直径4.0mm，焊剂是SJ101；手工焊焊条为J502，直径4.0mm。 4.2 钢梁截面图及焊缝要求 焊缝采用全熔焊缝形式，钢板对接焊缝，混凝土板连接板和钢梁之间的焊缝，钢梁翼腹板之间的焊缝，如图1～图4所示。  图1 钢板对接焊缝  图2 H型钢外形  图3 混凝土板连接板和钢梁之间的焊缝  图4 H钢梁翼腹板之间的焊缝 4.3 钢梁装配和焊接 主板材为直条切割机两面同时保持垂直下料，减少切割枪头数量，减少钢板的变形量，随后按照图纸的要求，采用半自动切割机对腹板实行开坡口并且针对坡口面和附近50mm的范围实行修磨，对割渣和氧化皮等杂物实行清除。 翼板、腹板的平面度必须控制在1mm/m范围内，平直度合格钢板才能够放样、切割和号料；对厚板母材道中心线两边各2倍板厚加30mm的区域内实行超声波探伤检查，母材不能出现裂纹、夹层等缺陷；下料中，必须要依据图纸提供的套料实行配套下料，切割的长度和宽度偏差为±1mm，对角线允许偏差在2mm以内；切割表面和钢板表面之间的不垂直度必须低于钢板厚度的5%，且不能超过1.5mm。借助对偏差的严格控制确保H型钢组立精度。 焊接变形控制：（1）采用撑杆撑住上下翼缘板；（2）采用千斤顶撑住上下翼缘板；（3）考虑焊接变形及矫正困难，在装配时翼板进行反变形（见图5）；（4）焊条、焊剂应按规定进行烘干；（5）点焊用焊条等级应与正式施焊时所用的焊条等级相一致；（6）焊接采用对称焊接，对收缩量大的部位应先焊接，焊接过程中，应平衡加热量，使焊接收缩量小；（7）CO2气保焊的焊接电流、电压应根据焊接工艺评定结果来选择，所有拼接焊缝要注意焊缝余高，余高不得超过2mm；（8）焊接前应在H型钢的两端头设置“T”形引弧板，长度应大于或等于150mm，宽度应大于或等于100mm，其材质应与母材一致；（9）焊缝引出长度应大于或等于60mm,引弧板及引出板应用气割切除，严禁锤击去除,焊接顺序如图6所示。  图5 反变形尺寸  图6 焊接顺序 5 结语钢结构焊接质量和结构安全息息相关。随着科学技术发展，钢结构焊接技术也在不断进步，但仍易遭受温度、环境、湿度等影响出现变形。施工人员能在焊接中采取有效的措施减少焊接变形，质量也稳步提升。 【参考文献】 【1】朱智文,蒋晓斌.关于大型钢结构焊接变形控制工艺的若干探讨[J].世界有色金属,2015（12）:112-113. 【2】姜龙雄.关于大型钢结构焊接变形控制工艺的若干探讨[J].山东工业技术,2016（6）:45. 【3】林焱彬.大型钢结构制作中焊接变形的控制[J].中外企业家,2016（14）:230. 【4】林焱彬.大型钢结构制作中焊接变形的控制[J/OL].河南建材,2016 (4).http://www.cnki.net/kcms/detail/10.16053/j.cnki.hnjc.2016.04.006. html. 【5】林焱彬.大型钢结构制作中焊接变形的控制[J].江西建材,2016（20）:75. 【6】宋明夏,宋统战,岳永巧.卓人塔工程钢结构焊接变形控制技术[J].金属加工(热加工),2015（20）:56-57. 【7】高传孝,李灵芝.浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国建筑金属结构,2013（10）:6-7. The Analysis of the Welding Deformation Control Skill on the Large-scale Steel Structure ZHOU Li-hong 【Abstract】Thesteelstructurehasbeenusedwildlyinailwaybridgeandstationworks.While,theapplicationofsteelstructureneed thesupportoftheweldingtechnology.Theweldingtechnologywillbeaffectedbyenvironmenttemperatureandhumidity.Asaresult, steel structure will occurs different kinds of deformations.Slight welding deformation will lead serious effect to the construction quality.What'smore,itwillruinthewholeprojectandthreatenthesecurityofthepeople'slivesandproperties.Thepaperanalyzesthe reason of steel structure welding deformation and studys the control strategy.Combining with the project,it states the effective measurestoreducethesteelstructureweldingdeformation. 【Keywords】steelstructure;weldingdeformation;reason;controlstrategy 【中图分类号】TG441.4 【文献标志码】A 【文章编号】1007-9467（2017）03-0032-03 【收稿日期】2016-12-21 【作者简介】周立红（1982～），男（满族），河北青龙人，工程师，从事钢结构设计、制作及焊接变形控制研究。 |
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