破解建筑钢结构焊接变形的技术探讨

刚皓天 刘国华 王新贵

摘    要：焊接技术在钢结构施工中起着至关重要的作用。工程施工的稳定和安全都依赖于它。现如今，焊接技术也已经向多元化发展，因此应当保证焊接质量安全，深化焊接变形的控制技术研究，确保焊接工艺的质量，才能保证钢结构施工的生产安全，为国家工业化发展做出贡献。

关键词：建筑工程;钢结构焊接;变形;控制

1  前言

建筑钢结构是一种具有创新性的施工手段，不断加强建筑钢结构的功能特性，是今后建筑钢结构建设发展的主要方向。随着人们对钢结构建筑技术的日益重视，钢结构施工技术自身也取得了较大的发展动力。以高强耐火钢为代表的创新型建筑钢结构层出不穷，推动了建筑钢结构的快速发展。在钢结构建筑施工过程中，焊接施工是一个极其重要的环节，建筑的一些零部件如果发生了焊接技术变形的话，可能会对建筑的整体质量造成一定的影响。要想获得更好的钢结构建筑，就必须不断改善当前的钢结构焊接变形技术。

2  建筑钢结构焊接变形

钢材的强度非常高，相比钢筋混凝土结构，钢结构的竖向构件面积更小，这就增加了钢结构建筑的使用面积。并且钢结构的质量更轻，在同等高度的建筑中，要比钢筋混凝土结构轻50%。所以在遇到地震等外力作用时，建筑结构内应力会更小，从而提高工程结构的稳定性，还可以减少工程结构整体造价。

钢结构钢构件主要有栓接、铆接和焊接等可靠的连接形式，栓接、铆接主要用在在钢结构装配阶段，而焊接技术已经广泛地应用于钢结构的制作和安装的过程当中，更多的是用在构件制作阶段。焊接，也称作熔接、熔焊，概括来说，就是一种以高温、加热或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造技术及工艺。焊接技术作为钢结构制作过程中的主要连接技术，仍然存在的一些不足，尤其是存在焊接形变的问题。

焊接变形（weldingdeformation）：在焊接过程中，被焊工件在受到不均匀温度场影响时，焊件的形状、尺寸等将发生一定的变化，我们将这种变化称之为“焊接变形”。通常情况下，在不均匀温度场没有全部消失时，随着温度变化而发生变化的变形可称之为“焊接瞬时变形”;在不均匀温度场完全消失后，焊接冷却至初始温度后的变形，可称之为“焊接残余变形”。

3  焊接变形原因分析

在焊接过程中由于出现不规则加热和在不均匀冷却情况下，使其内部分子结构发生变化。在钢材刚性约束下，外界力的作用以及组织变化，使其结构产生收缩，从而导致其出现变形情况。焊接裂缝纵向距离以及横向距离缩短是导致焊接变形根本原因。其具体因素包括以下方面。

3.1  结构刚度

刚度是钢材物理性能，指钢材结构抗拉抻力度以及抗变形力度，与钢材的截面形状以及尺寸大小息息相关。

3.2  焊接位置与数量

焊缝结构不对称时，也会导致其结构出现变形。在施工与安装中需要对其进行对称，保障施工焊接工作顺序具有合理性，当焊接缝重心产生偏离时，会导致钢材结构出现变形。

3.3  焊缝横截面积

焊缝横截面积主要是对焊件在焊接过程中，其熔合线范围内金属面积的统称。通常情况下，焊缝面积越大其所形成的焊接残余应力也就越大，主要原因在于焊缝金属在受热后由固态变为液体，在冷却后由液态转化为固态时，体积进行收缩，加之焊缝金属与母材之间存在密切关联性，对此将导致焊缝残余应力与变形问题的产生。由于焊缝横街面积对纵向变形、横向变形、角变形存在的影响相同，因此在板厚相同时，收缩变形与板坡口尺寸存在密切关联性。

3.4  拼装和施焊顺序

在钢结构施工中，拼装过程以及焊接顺序的结合应用，对于焊接变形控制有着重要影响。而现实工作中，由于钢结构施工设计的不合理，将给焊接留下质量隐患，造成一些不可逆转的变形损失。

3.5  焊缝接头形式

在焊接过程中，当焊缝截面积、热量输入情况等相一致时，不同的接头形式对焊缝变形的影响也不同。就表面堆焊而言，堆焊过程中焊缝金属的横向变形相对较小，原因在于：加热仅存在于焊缝金属表面，焊缝横向收缩过程中会受到板厚、母材等的约束，从而所产生的横向变形相对要小。

4  焊接变形控制措施

钢结构之所以能够在建筑行业得到广泛应用，是因为钢结构具有很多其他结构所沒有的优点。在焊接过程中，钢结构的焊接变形是无法避免的，所以当钢结构在焊接过程中出现变形的情况时，在了解焊接变形原因及焊接变形影响因素后，务必采取有效的处理措施，避免给建筑施工带来更严重的质量危害。

4.1  采用适当的焊接方法

焊件的焊接实践过程中，需要对焊接尺寸进行良好把握，并且在焊接设计过程中，结合建筑施工的具体要求来设计合理的技术方案。相比手工电弧焊，CO2气体保护焊电弧热量集中，热影响区小，焊接变形及焊缝开裂倾向小。

4.2  尽量减少热输入量

尽量采用小的焊接电流和焊接电压以减少焊接热输入量，但电流与电压小容易影响焊缝质量，在施工工程中，依据焊接工艺的不同，严格控制电压电流。此外，在满足焊缝尺寸的条件下，控制焊缝余高，减少热输入。

4.3  选用合理拼装及焊接顺序

在拼装过程中，先组装到位后，用定位焊固定，再一次性以合适的焊接顺序一次完成。在顺序上保障先短后长、先立后平的顺序。在焊接时，以对接缝焊接优先，在对焊搭接缝等进行控制，从中间向两侧逐渐焊接。针对比较集中的焊接缝，可采取跳焊法，长接缝可采取对称焊接法，先一步对收缩量较大的接头进行焊接，同时将收缩裕量给予留存，或采用反变形措施达到控制焊接变形的目的。刚度不同构件焊接顺序对焊接变形也有影响，根据工程要求制定科学的焊接方案，严格执行方案标准进行焊接，同一条焊缝完成后再进行下一条焊缝。

4.4  进行钢结构焊接检测

在钢结构施工过程中，焊接是一种非常重要的施工工艺，焊接过程的好坏直接影响到整个钢结构的安全性和可靠性，在完成钢结构焊接后，应及时进行测试。具体的操作步骤如下：超声波探伤可用于焊缝的检测，可通过实际检验中的各焊缝计算出百分比，其中一级焊缝100%，二次焊缝为20%。探伤的长度应小于200毫米，但是，如果钢结构的焊接长度小于200毫米，则应检查整个焊缝。

5  焊接变形矫正措施分析

5.1  物理矫正法

矫正钢材变形可采取物理矫正法，利用钢材物理反作用力，并借助压力机、千斤顶等设备，矫正钢材构件。在矫正过程中，需要将变形区域放置在中间，以缓慢方式对其进行施力，对其进行矫正。

5.2  火焰矫正法

火焰矫正法利用金属导热性能，使其能够在塑性状态下产生变形，依靠金属热胀冷缩的收缩差，使其能够按照矫正的方向产生形变，使其能够保持原有的状态。

5.3  反变形法

反变形法需要利用夹具等固定性构件，增加变形构件的物理性能。在此之后，以焊接方式使钢材产生收缩，利用温度使其产生形变。由于在形变过程中受到外力控制，会保障其具有原有形态。此方法主要适用于低碳钢结构中，中碳钢结构会产生裂纹。

6  结语

综上所述，接过程中产生变形问题是会极大程度影响建筑工程中的钢材施工整体质量，焊接工艺对钢材施工影响是双方面的，在提升钢结构安装效率同时，对钢材结构产生一定影响。焊接变形无法避免，需要施工人员以合理手段对其进行控制，在项目实施过程中，结合工程的具体情况，利用有效的控制与矫正手段，降低焊接变形几率，从而提高工程的施工质量。

参考文献：

[1] 秦君.超高层建筑钢结构施工关键技术分析[J].决策探索（中），2018.

[2] 朱宏滨.建筑工程钢结构施工技术要点分析[J].建材与装饰，2018.