钢结构焊接变形的控制与矫正分析

谭 彪

（克孜勒苏柯尔克孜自治州第一建筑安装工程有限责任公司 845350）

钢结构焊接变形的控制与矫正分析

谭 彪

（克孜勒苏柯尔克孜自治州第一建筑安装工程有限责任公司 845350）

因为钢结构本身的质量、安全与成本优势，让建筑企业开始倾向于钢结构构件的使用，并一度成为建筑行业炙手可热的“大人物”。但是在钢结构的使用过程中，依旧无法避免出现问题，主要表现在进行钢结构的焊接施工之中，焊接变形是不可避免的，如果不能够有效的控制钢结构焊接变形，就可能对钢结构的施工质量带来严重的威胁。所以，本文在分析钢结构焊接变形种类与原因的基础上，探讨其具体的控制与矫正方法，最后通过焊接应力控制这一针对性措施，希望能够最大限度控制好钢结构焊接变形。

钢结构；焊接；变形

在钢结构的焊接过程中，因为残余变形应力的存在，就可能对之后的钢结构制作带来影响，甚至还会威胁到钢结构的施工进度以及其施工质量，直接降低钢结构本身的承载能力。所以，对钢结构焊接变形的原因以及其控制方法的研究，对于钢结构施工质量的控制非常必要。而这也是广大建筑业所有人员都应该重视，并且能够在实践环节中不断地总结经验、汲取经验的关键问题。

1 钢结构焊接变形的种类及产生原因

按照变形外观的形式，钢结构焊接变形可以分为下述几个方面的变形形式。这主要是因为不同的工艺手段、不同的焊接方法以及焊接部位的差异等因素所造成的。在这一些变形当中，横向、纵向、挠曲及角变形是最为常见的[1]。

（1）收缩变形。在焊接钢结构之后，如果在焊缝的轴向方向上出现了收缩变形，就称之为纵向变形。如果在焊缝的垂直方向上产生收缩变形，就称之为横向变形。其横纵向变形主要是因为焊缝的熔点处因为热膨胀的作用，与周围低温的金属产生了相互的冲击。

（2）角变形。在构件焊接之后，其平面围绕焊缝出现了角位移。出现角变形是因为沿着板厚的方向出现了不同的焊缝收缩变形量，进而造成变形。

（3）螺旋形变形。指的是在结构上，焊件出现了扭曲变形。这一变形的出现是因为沿着长度方向，焊缝变形分布不够均匀以及工件出现了纵向错边的问题所导致的。

（4）挠曲变形。在进行焊接之后，由于临近的焊缝本身不同的收缩变形程度以及一边出现了焊缝变形，但是另一边没有出现，这样就会在外观之上出现焊缝的挠曲现象。

（5）波浪变形。在焊接薄板钢结构时，因为焊缝本身存在内应力，导致波浪形收缩变形的存在。

（6）错边变形。在对两个钢结构件进行焊接时，由于受热不均匀，就会导致焊件在高度与长度方向上出现相互的错位。

2 钢结构焊接变形的控制与矫正方法

对钢结构焊接变形的控制与矫正，主要是从结构形式设计以及具体的施工操作两个方面进行。

2.1 设计过程中

科学合理的结构形式设计，才能对钢结构焊接结构变形发挥其控制作用。在钢结构的设计过程中，还需要考虑到焊接变形形式不同的主要因素以及其相应的特点，这样才能够让焊接形式更加的科学合理。

（1）尽可能减少焊缝的数量与尺寸，焊缝数量越多，尺寸越大，钢结构受到的热量也会越大。这时，就会相应地增加钢结构焊接变形程度。因此，在设计钢结构的节点构造的时候，就应该严格地控制焊缝的数量以及其尺寸[2]。

（2）对于钢结构构件截面设计中，要考虑到焊缝位置的相互对称或者是相同构件的截面中性轴应该保持相互之间的靠近，这样才能够减少梁、柱等钢结构的焊接变形。

（3）就钢结构而言，在选择焊接方法时，要综合焊缝坡口的形状于尺寸等要素，需要在钢结构最大承载力得到满足的前提下，做好钢结构焊接变形的极限控制。

（4）在设计中应该考虑到刚性节点形式的选择，避免出现焊缝过于集中的问题，另外，还需要注意双向与三向相交的问题，另外，要尽量控制焊缝的交叉或者是其集中区域热量及应力，这样才能控制好钢结构的焊接变形程度。

（5）钢结构所选择的焊缝位置不得离应力区域过近，否则出现的应力越大，焊接变形的可能性就越高。

（6）为了方便正常的钢结构焊接施工要求，在施焊中最好能够避免出现仰焊的问题，这样才能避免焊接操作质量受到影响。如果无法避免这一道工序，就必须要求焊工能够熟练掌握全方位的钢结构焊接技巧。

2.2 施工过程中

在焊接钢结构的过程中，按照焊缝形式的不同以及节点构造的不同，按照不同的焊接施工工艺，有效地控制钢结构的焊接变形[3]。

（1）对于对称焊缝来说，应该在施工中选择对称焊接法。一般来说，由于结构本身刚度偏低，先焊接的焊缝很容易出现结构变形。所以，在布置焊缝时要均匀。如果钢结构的截面形状足够对称，最好能够使用对称焊接法。

（2）对于不对称焊缝来说，应该选择焊缝相对较少的一面进行焊接，然后再焊接另外一面。

（3）在进行焊接之后出现角变形，就可以利用焊接之前的反变形措施来控制角变形的出现。

（4）如果满足设计要求，焊接中最好能够选择纵向与横向的加强肋进行操作，这就是所说的间断性焊接法。

（5）如果T形接头板本身的厚度偏大，可以利用坡口角做好焊缝对接处理。

（6）预留构件长度，这样也可以补偿焊缝出现的纵向收缩，也可以补偿其变形情况，例如，就H形纵向焊缝来说，每1m可以保持0.5～0.7mm的预留位置。

3 钢结构焊接应力减少的具体分析

在进行钢结构焊接过程中，由于局部的收缩以及受到应力的作用，就可能导致焊接区域出现局部的焊接变形问题，焊接变形就可能对钢结构的安装要求、尺寸精度以及施工进度带来不同程度的影响。所以，控制好焊接应力非常关键。

3.1 选择焊缝尺寸

一般来说，焊缝的应力主要是因为焊接区域内出现了热胀冷缩的现象而形成的，焊接区域越小，其热输入越少，变形也就越小，如小角度坡口与厚板都尽量选择双面坡口[4]。

3.2 选择适当的材料及参数

在选择焊接材料时，可以适当地降低焊缝当中淬硬组织的形成，以及应力过于的集中，这样有利于焊缝金属的韧性、塑性以及其抗裂性能的提升。一般来说，所使用的金属含碳量要比母材含碳量低，然后利用硅、锰含量的提升，确保材料能够于母材强度相同。焊接参数之中的焊接线能量与焊接变形成正比，能量越大，其产生的塑性变形越大，应力也会相应的增加，进而到处过大的变形。

3.3 选择合理的焊接工艺

在进行钢结构的长焊缝焊接过程中，如果条件允许，可以将原本的连续焊接改称为分段焊接，在分段焊接的时候，其接头之处应该注重对方接头的交错覆盖，避免接头相互对齐。在进行分段焊时，要格外留意焊接变形，如果温度过高，应该停下来进行缓冷或者是翻转材料，焊接另外一面；在多件焊接时，先选择拘束度大的构件，然后再焊接拘束度小的构件；在三面焊接中，则要适当地调整焊接方向，能够从中间朝着两侧进行焊接。

3.4 热处理措施

如果能选择得当的热处理措施，不仅可以将变形与应力消除，同时还可以起到防范裂纹产生的效果。例如：在厚板的下料与焊接之前，需要先进行预热处理，这是因为通过预热可以将热影响区以及焊缝金属的冷却速度降低，这样就会对淬硬组织的马氏体形成加以抑制，避免焊缝于气割边缘出现较大的应力。例如：当低合金钢板的厚度超过100mm，预热温度超出100℃，其加热的范围就应该在切割线或者是坡口两侧的150～200mm处。在焊接之后需要做好缓冷或者是后热的处理，这样才能够将焊缝之中的氢逸出，避免出现氢富集，从而产生应力。在后热温度处理时，要保证温度超过150℃，持续2～3h。应力消除的退货处理方式，除了可以让氢逸出，还能够做好组织性能的改善，其退火处理的温度在550～600℃之间[5]。

3.5 通过振动时效，将应力消除

如果焊缝退火处理无法满足要求，就可以选择振动时效。其原理在于：施加一个能够与固有谐振频率相互一直的周期振动力，从而让其产生出共振，这样就会有共振能量的出现，使得工件的内部有微小的塑性变形出现，然后残余应力所造成的歪曲晶格就会被恢复到平衡的状态之下，这样就可以将残余的应力消除或者是均匀化。这一种方式的使用，不仅生产周期断，而且效率良好。如果生产周期相对较长，那么就可以选择自然时效与振动时效相互结合的措施。

4 结语

对于钢结构焊接而言，需要从施工设计到施工之中，保证每一个环节都能够高质量地完成操作，才能最终满足钢结构焊接的质量要求。就钢结构的焊接过程而言，其本身就是一个高温加热的过程，所以，在这一个过程中，对于各个方面的控制才是变形控制的核心。本文通过钢结构焊接变形种类以及变形出现成因分析的基础上，对于控制与矫正措施进行具体分析，再配合应力消除的单独分析，希望能够对今后的钢结构焊接变形的控制起到抛砖引玉的作用。

[1]薛晓林.钢结构焊接变形控制措施研究[J].硅谷，2014，02：119+121.

[2]孙子祥.钢结构焊接变形火焰矫正方法探究[J].科技资讯，2014，19：83.

[3]靳松梅.探究钢结构焊接变形的成因与控制措施[J].科技创新导报，2012，23：88.

[4]卢进起，常德志，曲锋军.浅析钢结构焊接变形及其控制方法[J].中国建筑金属结构，2013，04：3+7.

[5]蒋志凯.基于残余应力场分析的焊接钢结构疲劳强度预测理论研究[D].长沙理工大学，2010.

TU758.11

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1673-0038（2015）37-0055-02

2015-8-23