浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略

高传孝，李灵芝

（1.中煤第五建设有限公司现代钢结构厂，江苏 徐州 221140；2.中煤第五建设有限公司第五工程处，江苏 徐州 221000）

前言

通过高温进行加热是对钢结构进行焊接的一个基本操作。这个过程要达到的最高温度便是焊缝处的金属的熔点温度，而室温则是焊接最终要降回的一个温度，整个降温的过程便是钢结构焊接逐渐完成的过程。与所有的事物一样，金属也会热胀冷缩，焊缝处的金属达到熔点温度，则极度膨胀。此时在焊缝附近的金属温度仍然较低，便会与焊缝处的金属产生融合，这种融合使焊缝处的金属的膨胀进行的不够彻底，就会产生一种形式的焊接变形，叫做塑性变形。钢结构焊接变形就是一个个塑性变形结合的结果。鉴于钢结构在质量、施工方面的各种优点，其应用随处可见。然而钢结构焊接变形却又使钢结构的应用无法尽善尽美。以下便是笔者分析了钢结构的变形种类及形成原因以及如何有效地控制钢结构变形。

1 钢结构焊接变形的几种类型

钢结构焊接变形的形成原因不同，结果也就不同。钢结构焊接变形可分为以下几种，笔者简单阐述。

1.1 由降温收缩引起的纵横变形

这种焊接变形是指当温度降低金属收缩时，以焊缝为坐标原点，钢结构在它的纵横轴上产生的变形。

1.2 降温时因收缩量不同引起的角度变形

钢结构的构件在焊缝处由于金属的收缩量不同产生了一定角度的位移，产生角度变形。

1.3 扭曲后形成的螺旋状的变形

焊缝角因为在钢结构纵横面上不能均匀分布，产生一定程度的变形，形成焊接变形。

1.4 错边变形

当施工人员对钢结构的加热不均匀时，构件收缩程度就会不相同，从而使焊缝处的构件在长度和宽度方面也就不能完全相同，形成错边变形。

1.5 挠曲变形

两个焊缝处不能产生相同的焊接变形结果，就会给人感官上的扭曲感觉，即形成挠曲变形。

1.6 波浪式的变形

焊缝处有自己的内应力，这种内应力可以在焊接处产生一种波浪式的外在表现形式，即波浪式的变形。

2 钢结构焊接变形产生的原因

引起钢结构焊接变形的原因多种多样，本文总结了以下几种进行阐述。

2.1 温度控制不当

温度是引起钢结构焊接变形的一个重要因素。当温度达到金属熔点甚至高于金属熔点时，不一样的金属就会产生不同程度的膨胀。此时，整个钢结构看起来就会有一种不协调的感觉，即产生了变形。同时，一种金属达到熔点膨胀之后，这种金属本身也具有了一定的高温，会使周围的金属产生不同程度的膨胀，造成焊接变形。

2.2 钢结构的焊接顺序和方法不当

对钢结构的不同部位进行不同顺序的焊接，可能会引起钢结构的焊接变形。因为钢结构焊缝处的承载力不同，当优先焊接承载力较小的钢结构时，较大的重量可能会使钢结构产生扭曲，形成钢结构的焊接变形。

2.3 钢结构的材料

每一种材料都有自己的熔点。相同温度下，不同的材料会有不同的膨胀程度。膨胀程度过大或者过小，都会引起钢结构焊接变形，从而影响钢结构的焊接质量。

2.4 钢结构的焊缝位置

在钢结构中有一个总焊缝，将总焊缝安排的位置不同，钢结构焊接的变形程度就不相同。在焊接过程中，钢结构的重力对不同承载力的金属产生相同的压力效果。合理地选择总焊缝的位置，将能有效的控制钢结构的焊接变形。

2.5 刚性不同，变形程度不同

相同承载力下，刚性大的钢结构变形程度较小，刚性小的钢结构变形程度则相对较大。所以，钢结构的刚性也是影响其变形程度的重要因素。施工人员应选择较大刚性的钢结构承载较大的重力，选择较小刚性的钢结构承载相对较小的重力，从而尽量避免钢结构焊接变形的产生。

3 钢结构焊接变形的控制策略

钢结构焊接变形的类型不同，其形成原因也不同。从以上几种因素我们可以看出，影响钢结构变形的因素包括温度、重力、钢结构的材料、钢结构的承载力等。钢结构的焊接变形有一部分可以在焊接过程中有效的减少甚至避免，有一部分也可以在施工过程中加以控制。我们可以根据不同的钢结构焊接变形结果提供不同的控制策略，从而提高钢结构的质量。

3.1 合理控制焊接温度

钢结构的焊接变形有一部分是因为温度的控制不当引起的。在焊接过程中，控制好焊接温度能够有效地减少甚至避免焊接变形的产生。例如在对一个焊缝处的金属进行焊接时，要尽量避免影响周围的金属。焊接完成之后要进行迅速地降温，以免金属的余温对周围的金属产生影响。

3.2 安排好钢结构的焊接顺序

焊接顺序安排不当也是使钢结构焊接产生变形的重要因素之一。例如，施工人员要消除挠曲变形，可以对钢结构进行上下焊接或者对角焊接。

3.3 根据钢结构的用途选择合适的材料

钢结构的用途不同，其所承载的重力也就不相同。施工人员应该根据钢结构的用途选择合适的材料，同时，也应该根据焊缝的位置选择不同熔点的金属，从而控制钢结构在焊接过程中由于承载力和熔点的不同产生的变形。

3.4 焊缝位置要选择合理

相同承载力时，焊缝位置不同，钢结构焊接变形的程度也就不同。施工人员要想尽量使钢结构的金属收缩量减少，减少梁和柱一系列构件的变形，就必须选择合适的焊缝位置来对钢结构进行焊接。施工人员可以选择中性轴的对称位置或其截面位置作为焊缝的位置。

3.5 钢结构焊接要选择合适的方法

焊接方法不同，钢结构焊接变形的程度也就不相同。焊接时线能量的高低在一定程度上决定焊接变形程度的大小。线能量高，则钢结构变形程度大，线能量低，则钢结构变形程度就小。例如埋弧焊可以有效地降低钢翼板焊接时的变形程度。另外，对腹板进行焊接时，施工人员也可以适当地选择埋弧焊。再比如，手弧焊可以应用在盖面焊接上。当钢结构焊接的截面积不相同时，施工人员选择的焊接方法也要做相应的改变，以降低焊接变形的程度。

3.6 钢结构焊接变形在施工过程中进行合理控制

当钢结构的节点构造不相同或者焊缝的形式不相同时，施工人员应该选择合适的方法控制焊接变形的产生。例如，可以选择合适的工艺进行焊接。施工人员对焊缝处的金属进行焊接时，可以对焊缝用对称的方式进行焊接。一般产生变形的焊缝都是较早进行焊接的焊缝，所以对称的方式能有效减少钢结构焊接变形程度。由此可见，施工人员可以对焊缝进行均匀的布置，使每一个焊缝都能拥有其对称的另一个焊缝。

4 结语

钢结构在现在生活各个领域的应用十分广泛，尤其是建筑行业。而建筑业又与人民的生命财产息息相关，施工人员稍有不慎，便可能造成严重的后果。因此，钢结构的质量在一定程度上体现了建筑工程的质量。随着社会的发展，钢结构焊接技术也在不断地提高，然而钢结构会因为环境、气温、湿度等因素的影响而产不可避免地产生变形。庆幸的是，施工人员可以在钢结构的焊接过程以及施工过程中采取有效的措施来减少焊接变形的产生。提高钢结构质量，任重而道远，笔者相信科技社会的发展一定会将钢结构的焊接变形程度降到最低。

[1] 翟俊峰.浅谈钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国城市经济，2011(12).

[2] 王琼.论钢结构的焊接变形与控制方法[J].科技致富导向，2012(10).

[3] 庄利军.浅析钢结构焊接变形产生及防治[J].科学之友，2010(4).

[4] 宋广豪.钢结构焊接变形的起因及控制方法探讨[J].门窗，2012(10).