桥梁钢结构焊接变形的研究与防治

王勇 杜文剑 张鑫林

摘要：焊接作为钢结构制造和连接的主要技术，在钢结构制造和安装中得到了广泛的应用。但焊接变形不仅影响钢结构的外观和性能，严重时还会造成焊接件的浪费，给企业带来直接的经济损失。在钢结构焊接变形的基础上，提出了控制钢结构焊接变形的对策。有助于提高钢结构的焊接質量。

关键词：桥梁工程；钢结构；焊接；变形；矫正

引言：

目前，钢结构广泛应用于高层建筑、火车站雨棚、桥梁等建筑中。钢结构具有强度高、施工速度快、外观新颖、适用范围广等优点。钢结构主要是钢板、H型钢柱和钢管，采用焊接连接。由于焊接过程是在高温下由熔化极或其他焊接物体连接的，因此必须产生非常高的温度，并且钢在温度的影响下变化很大，这将导致变形。如果焊接变形不采取措施，安装过程中会出现偏差，影响工作效率。同时，对钢结构的整体结构有很大的影响。钢结构的内部结构发生了一定程度的变化。影响整个结构的稳定性和可靠性。

1.钢结构焊接变形概述

焊接变形是指施焊电弧引起的变形和焊接后钢结构的残余变形。在这两种变形中，焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。

焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形；根据变形的不同特点则可分为：弯曲变形、角变形、扭曲变形、收缩变形、波浪变形以及错边变形。在这些变形类型中，除了波浪变形和角变形属于局部变形之外，其它类型的变形属于整体变形。一般情况下，钢结构发生变形类型多为整体变形。

2.桥梁钢结构在焊接时对变形的有效控制办法

2.1科学设计焊接节点

焊接主要是根据以前设计的焊接接头图进行焊接操作。因此，有必要对焊接接头进行科学设计，找到合理的焊接位置。在焊接过程中，焊缝的数量、位置和尺寸直接关系到附近焊缝的膨胀。焊接接头的数量越多，分布越密集，变形越复杂。焊缝尺寸越大，对附近零件的影响越大，变形越大。因此，焊接接头的设计应减少焊接次数，并尽量将焊缝尺寸控制在最小范围内。特别是在坡口焊接设计中，必须考虑坡口形状和尺寸的选择，以保证其承载能力，并估计焊接变形，避免焊缝过集中。例如，在实践中，如果需要在两侧焊接接头，焊接位置应尽可能设置为轴对称，这样可以有效地减小变形，保证桥梁钢结构的形状。

2.2利用反变形法

焊接完成后，由于热膨胀和冷收缩的影响，焊缝在冷却过程中会收缩，从而减小了焊接尺寸。因此，该方法通常用于大型钢结构的焊接。反变形法是指在装配过程中，结合焊接工艺试验和焊接经验，构件可以反变形方向进行预变形，预变形的尺寸和数量相同。因此，控制了焊接变形。使用此方法时，应做好试验前的准备工作，结合焊缝的具体设计要求，调整焊接规范，使用相同材质和规格的钢板，并提前焊接试件。焊接冷却至环境温度后，必须测量法兰的混凝土变形，并将具体值作为反向变形的相关参数。焊接形式及焊接角高度符合设计要求。焊接后冷却温度达到环境温度时，应测量法兰的混凝土变形。在翼板中心线处，用压具压出变形次数，使翼板两端能提前显示，焊接变形可偏移，使焊接后保持平整。

3、桥梁钢结构焊接变形的矫正

3.1波浪变形火焰矫正

焊接波浪变形的矫正首选要找出凸起的波峰，并用圆点加热法配合手锤矫正。加热原点的直径应与钢板厚度或波浪变形的面积大小成正比，但一般为5～ 9 cm。波浪变形的主要矫正方法是点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。利用中温矫正时烤嘴要从波峰起作螺旋形移动；当温度在600 ℃～700 ℃时，在加热区边缘放置手锤，并用大锤击打手锤，以挤压加热区金属，使其冷却收缩后被拉平。这种矫正应注意的事项一是温度控制在750 ℃内。二是一个圆点矫正完后再加热第二个波峰点，以避免产生过大的收缩应力。三是可以采用加水冷却Q235钢材以加快冷却速度。

3.2利用装配和焊接顺序来控制变形

焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一，采用合理的装配和焊接程序来减少变形，是一种防止变形发生的好办法。安排焊接顺序时应注意下列原则：

首先，要尽量采用对称焊接。对于具有对称焊缝的工作，最好由成对的焊工对称进行焊接，从而使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。

其次，对某些焊缝布置不对称的结构，应先焊焊缝相对较少的一侧。

再次，依据不同焊接顺序的特点，以焊接程序控制焊接变形量。常见的焊接顺序有分退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法以及分中对称法五种。

3.3对于焊缝的合理选择

为了达到减少梁或者柱等构件挠性变形收缩量的目的，应该尽量将焊缝置于截面中性轴或者对称于中性轴。对于焊接方法的选择：①为尽量减少焊接变形，所选择的焊接方法的线能量越低越好。②在对H 型钢翼板与腹板的焊接，应该选用埋弧自动焊。③在对不同截面积的构件焊接中，为减少焊接变形发生及减小焊接线能量，对于小截面焊缝进行CO2焊打底，对盖面采用手弧焊方式。④在对H 型钢气割成T型钢时不能有间断，这样可以确保气割过程中有相同的热膨胀量。对于焊接顺利的合理选择：在焊接过程中，选用上下对角焊接的顺序可以保持构件的平直性，抵消焊缝所引起的挠曲变形，保证受热均匀性以减小收缩变形量。类似的焊接顺序同样适用于筋板等多种构件。

3.4火焰矫正钢结构焊接变形

火焰矫正所使用的原理就是对刚结构进行二次加热使得变形的部位发生二次形变，和焊接的时候所发生的形变相互抵消，从而实现对钢结构的矫正。火焰加热根据火焰的温度不同分为中、低、高温矫正。但是在实际操作中，金属在高温状态下是不能够被冷水激冷的，在激冷后整个金属的结构会变得很脆，使得金属的塑性降低，其承载能力下降。火焰的温度最好是根据实际的钢结构材料和其所承受的载荷来确定。例如在对桥梁梁柱的钢结构的弯曲变形进行矫正时，就尽可能的采取中低温的火焰，而其翼缘板上面的长焊缝则必须要同时进行加热，避免产生受热不均而向一边弯曲或扭曲变形。

3.5机械矫正钢钢结构焊接变形

机械矫正其实就是对已经变形的钢结构施以外力，使得钢结构中原本伸长的部位缩短、展平，缩短的部位伸长。而对于焊缝收缩时，通常是使用锤子来对焊缝进行打击，使得焊缝在受到外力之后发生形变，而这一形变刚好和之前焊接的时候发生的形变相反，这样便可以抵消原本的形变情况。在实际的生产中，对于某些使用锤击还是无法纠正形变的时候可以使用压力机来进行纠正，利用高压来时的钢结构恢复成原来的样子，但是切记一定要注意钢结构所能够承受的压力范围，避免构件损坏。

4、结语

综上所述，钢结构焊接变形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，从而既满足钢结构质量要求，又满足经济性要求。

参考文献

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（作者单位：杭萧钢构（山东）有限公司）