大型钢结构制作中焊接变形的控制分析

大型钢结构制作中焊接变形的控制分析

李 斌

中国电建集团核电工程有限公司 14010419770818**** 山东济南 250000

摘要:社会快速发展，很多新型技术已经渐渐融入到钢铁行业当中。在建筑工程当中，钢结构施工是其中一项重要的内容，钢结构具有性能好、环保节能以及可塑性强等优势，在建筑工程当中得到普遍的应用。但是钢结构施工技术作为一项复杂内容，在建设这些设备时候，就必须要运用到焊接技术。

关键词:大型钢结构；制作；焊接变形；控制

前言：

在焊接工艺操作中，存在建模和数值求解方面的多项问题，并且大型钢结构焊接的难度更高。在大型钢结构制作中，焊接是其重要工序，消除焊接应力、控制焊接变形是确保工程质量的关键所在。所以在施工前、施工中和施工后的各项影响因素要具备更科学的了解，分析产生焊接变形的原因，以预见变形方向，进一步制定合理有效的预防、控制和矫正措施。

1、大型钢结构制作中焊接变形的影响因素

1.1材料影响

材料是大型钢结构制作过程当中最重要影响因素之一。在焊接当中经常会运用到母材和焊材这两种材料。这两种材料在物理和热力学上性能有很大区别，它们对焊接效果也会产生不一样影响。大型钢结构制造过程中出现焊接变形的原因主要有以下这两个方面。第一原因就是温度梯度，第二个原因就是材料热传导系数。这两者之间存在反比例关系，随着热传导系数变小，温度梯度会变大。材料是影响焊接最直接因素，它也会导致出现严重焊接变形情况。要注重材料选择问题。不过，材料的物理性能要比热力学性能影响结构变形大一点。其中，膨胀系数最为典型。除上面这两个影响因素之外，大型钢结构焊接还会受到高温环境、材料屈服基线等多重因素影响。在这些因素作用之下，所使用材料受力可能会降低，会出现严重变形情况。从这方面也可以看出，材料是非常关键环节。

1.2焊接坡口影响

焊接坡口也是影响焊接工艺的原因之一。这个问题在实际操作过程当中，往往会被大家忽视。其实，焊接坡口会跟变形程度形成正比关系。当坡口越小，变形程度就会越小。在不同工艺水平之下，焊接坡口影响焊接工艺效果也有本质区别。在焊接时候要遵循一定规范，可以适当减少焊条摆动，从而减少焊接变形情况出现。

1.3钢结构刚度影响

所谓钢结构刚度，主要是说在弯曲和拉伸情况下，钢结构所能够承受的抵抗力。对钢结构刚度能够产生影响的因素主要有钢结构截面尺寸和形状。钢结构截面尺寸会对纵向桁架和工字钢截面变形量产生影响。同时，其截面形状抗压刚度也会对其形态弯曲有影响。

1.4焊缝位置影响

不同钢结构，焊接位置也有所不同。不同焊接缝隙也会对结构产生影响。因为钢结构在特殊受力情况下会出现焊接缝，受力状态会发生变化。在受到外界作用力影响之下，焊接缝也会导致焊接出现变形情况。从而对钢结构整体安全可靠产生不利影响。为此，在施工时候应该重点控制焊缝位置。

2、大型钢结构制作中焊接变形的控制方法

2.1规范焊接顺序

为有效控制大型钢结构制作中焊接变形问题，应当结合大型钢结构制作标准进行分析，规范焊接操作顺序，尤其是要明确大型钢结构的形状及规格型号等，确保大型钢结构焊接操作的有序进行。小组件焊接是大型钢结构焊接的基础性环节，只有率先做好小组件焊接工作，大型钢结构整体焊接与装配才能够顺利进行，这是控制焊接变形的有效方式。在小型钢结构的焊接上，应当以组件装配和定位焊固定为基础焊接操作，在此基础上按照焊接顺序进行规范焊接，以免钢结构焊接变形。焊接过程中应当注意，部件装配环节存在较大的变形隐患，这就要求焊接技术人员做好零配件的管理，严格依照焊接要求选用零配件，最大程度上避免部件装配过程中大应力或变形情况出现，保证大型钢结构制作的规范性和可靠性。

2.2严格控制焊接工艺

大型钢结构制作中焊接变形的出现，往往与焊接工艺存在密切联系，因此在实际焊接操作中，要结合大型钢结构焊接要求，做好焊接工艺的控制工作，基于大型钢结构焊接特征选定焊接工艺，结合具体焊接要求确定焊接电流、焊接顺序及焊接速度等影响焊接质量的重要因素，通过全面的焊接控制来降低焊接变形发生几率。大型钢结构焊接施工有一定特殊性，当焊缝集中或焊缝较长情况下，若焊接工艺选用不适宜，极易出现焊接裂缝，因此针对集中焊缝应采取跳焊法对钢结构进行焊接，而焊缝较长部位则最好采取对称焊和分段退步焊相结合的焊接工艺，保证焊接质量可靠。大型钢结构焊接中，部分焊接对象的组成比较复杂，针对此种复杂钢结构进行焊接时，要在严格控制焊接工艺的同时，遵循科学化的焊接原则，先短后长、先中间后两边是比较常见的焊接原则，若同时存在对接缝和搭接缝，应先焊对接缝，后焊搭接缝，通过多种焊接技术的有效配合，切实做好大型钢结构焊接变形的控制工作。

2.3加强焊接节点构造设计

焊接节点构造设计是大型钢结构制作中焊接操作的重要内容，其中焊缝数量与面积、焊缝坡口大小与尺寸等都需要引起焊接人员的高度重视，否则会引发焊接变形。因此在大型钢结构焊接中，应结合实际焊接要求对焊缝数量和面积进行合理控制，一般情况下，焊接过程中热量输入是引发焊接变形的最显著因素，为有效控制变形，应尽可能减少焊缝数量和面积。由于焊缝截面积的增加会加剧焊接变形的风险，因此在焊缝坡口大小与尺寸上，应合理控制焊缝坡口大小与尺寸，优化焊缝截面积，从而降低焊接变形的发生几率。此外，焊接节点位置的设置也是非常重要的，高应力区焊接极易引发焊接变形，大型钢结构焊接中最好以构件界两侧作为焊接节点位置，以中性轴或近中心轴为标准，尽可能将大型钢结构中性轴靠近上述标准，从而有效控制焊接变形。

2.4借助固定夹具增强结构刚性

大型钢结构焊接节点多且复杂，焊缝形态特殊，多方向连接焊缝的焊接难度较大，并且钢结构焊接任务量较大，此种情况下，如何在大型钢结构焊接中有效控制焊接变形成为焊接技术人员所面临的一个重要问题。因此在实际焊接工程中，可以在焊接平台或钢结构构件上设置固定夹具，在夹具固定作用下，降低焊接温度给钢结构造成的影响，提高大型钢结构刚性，也就是依靠外力来实现焊接变形控制。

2.5反变形法的应用

在大型钢结构焊接中的应用，反变形法的应用能在一定程度上对焊接变形进行控制。其控制原理在于:以焊接变形反方向为基准进行预先变形，之后在焊接作用下，实现预变形与焊接变形的相互弥补，来提高大型钢结构焊接质量。在这一过程中，焊接技术人员应结合大型钢结构焊接要求及焊缝形式合理选择焊接材料，最好采用与焊接要求相符合且材料、规格一致的钢板进行试件焊接，以便控制焊缝形式和焊脚高度。待焊接点温度下降且与室温一致时，通过精准测量准确把握翼板变形情况，并以测量结果为依据，确定压制反变形参数，应用压板机将钢结构压制出变形量，令翼板两头预先上翘，此时进行规范焊接有助于抵消变形量，从而实现大型钢结构焊接变形的有效控制。

2.6焊接全过程中的管理与控制

为全面提高大型钢结构制作质量，提高焊接变形控制的有效性，在大型钢结构焊接操作中，应当做好焊接全过程的管理与控制工作，包括焊接前构件中心线、长度、标高的测量，焊接过程中焊接工艺的选择，焊接顺序的确定以及焊接缝的处理等，密切观察焊接质量，一旦在大型钢结构焊接中发现问题或安全隐患，应立即采取科学的焊接手段进行补救处理。待焊接操作完成后，应再次对大型钢结构构件进行测量确认，保证大型钢结构焊接质量，降低焊接变形的发生概率。

3、结语

大型钢结构焊接质量对整个工程安全和质量都会产生巨大影响。随着科技水平不断提升，钢结构焊接工艺也在不断前行和发展。其在操作过程当中很容易出现突发情况，出现变形情况原因有很多种。因此，要对大型钢结构开展焊接变形控制措施分析。通过焊接变形控制，可以有效提高钢结构整体水平。

参考文献：

[1]付瑶,樊亚斌,崔岩.B型地铁转向架横梁组成焊接变形控制[J].电焊机,2017(08).

[2]周立红.浅析大型钢结构焊接变形控制技术[J].工程建设与设计,2017(05).