钢结构焊接变形控制措施

钢结构焊接变形控制措施

傅运香

中车长江车辆有限公司，湖北 武汉 430200

摘要：本文将从钢结构焊接变形的原因入手，介绍钢结构焊接变形的特点和影响，然后探讨钢结构焊接变形的控制措施，包括预制件的设计、焊接工艺的优化、焊接变形的补偿和控制等方面。通过对这些控制措施的分析和总结，可以为钢结构焊接变形的控制提供一些有益的参考和借鉴，为钢结构的质量和安全性提供保障。

关键词：钢结构；焊接；变形控制；措施

焊接过程中由于存在着很多不确定因素，如焊接位置、焊接工艺、焊接顺序以及各种外力的作用等，这些因素会使工件的变形受到抑制和限制，但也会使工件产生变形。在整个过程中，任何一个环节出了问题，都会使最终的结果偏离设计的要求。因此，在焊接过程中要采取各种措施来控制焊接变形。

1.反变形法

反变形法是利用焊接热过程中工件的局部收缩来抵消或减小焊接件的变形。这种方法能有效地控制焊接件的变形，是目前最常用的一种控制焊接变形的方法。（1）反变形法在生产中应用广泛，一般是在钢结构构件上预先留有加工余量，焊接时尽量采用与留有加工余量相同的焊接顺序和焊后反变形的方法来补偿焊后构件的变形。（2）在结构设计时，充分考虑到结构尺寸与受力情况，尽可能减少结构中过大的不合理尺寸。例如：为控制梁侧弯，应尽量少设梁高；为控制焊缝收缩变形，应尽量减少焊缝长度和数量；为控制板厚方向产生挠曲，应尽量减少板厚尺寸；为减少角焊缝对整体应力的影响，应尽量缩短角焊缝长度等。（3）在构件拼装前，用机械方法进行反变形或人工反变形。例如：在装配前将构件通过调整使其发生一定程度的弯曲或扭转变形，待安装完毕后再恢复到原来的形状。这种方法适用于尺寸精度要求不高且焊缝数量不多的构件。（4）采用多道焊接方法。此法适用于在大厚度上对称焊接要求较高的结构。

2.刚性固定法

刚性固定法是指通过合理地安排钢结构构件的焊接顺序和焊接方向，使构件在焊缝上产生的拉应力、压应力和焊后残余变形的方向相反，并通过各种约束措施限制变形的一种方法。在焊接过程中，我们应该把钢结构构件分为两部分：第一部分是纵向焊缝，第二部分是横向焊缝。如果两个方向的焊缝同时焊接，将会产生很大的焊接变形。因此，在施工过程中，我们应该严格按照顺序进行焊接。在焊前应先将纵向焊缝焊接完毕，然后再进行横向焊缝的焊接。由于焊接方向的不同，每个部分可以根据需要单独进行处理。由于横向焊缝不需要特殊处理，所以它可以作为纵向焊缝进行处理。为了确保整个钢结构构件的安全使用，我们还应该采取必要的措施来控制构件的变形。一般来说，可以通过对构件施加外力来减少变形。例如：（1）在钢结构构件的生产过程中，我们可以将两个或多个构件连接起来形成一个整体结构来减轻整体结构的重量和稳定性。（2）在钢结构制作过程中，我们还可以将钢结构构件与其他材料一起进行组装或拼接。

3.反变形法与刚性固定法相结合

反变形法是指在焊接过程中，预先进行合理的反变形，以抵消或减少焊接产生的应力和变形。当构件的反变形量达到一定程度后，可以在构件上施加一定的外力，使其产生弹性回复。对于焊接应力引起的变形，通过施加外力来抵消或减少焊接应力引起的变形。刚性固定法是指通过在结构上施加一定的力来限制构件在焊接过程中发生弹性位移或塑性变形。如果没有足够的力来支撑结构，则构件将不能发生弹性回复。这种方法是在构件上施加一定的力或固定相对于它的点，以防止它发生弹性位移或塑性变形。这种方法需要足够的刚性来支撑结构，并能将结构固定在已知位置。如果施加的力太小，则不能有效地控制结构变形；如果施加的力太大，则可能造成构件损坏。

4.规范焊接顺序

规范焊接顺序是指在焊接时，要按照一定的顺序进行焊接，尽量避免在短时间内完成焊接。如果不按顺序进行焊接，则可能产生变形，甚至产生裂纹。因此，规范焊接顺序是非常重要的。规范焊接顺序包括以下几点：（1）先焊大构件，后焊小构件。先焊承受拉力较大的构件（如梁、板等），后焊承受拉力较小的构件（如柱、塔等）。（2）先焊短焊缝后焊长焊缝。在进行长焊缝的焊接时，应根据结构形式合理地确定长度和宽度。例如，在安装角钢时，应先焊长边角钢，再焊短边角钢。在进行重要焊缝的焊接时，应在保证质量的前提下尽可能地缩短时间和顺序，这样可以有效地减小变形和残余应力。（3）先焊接关键部位后焊接非关键部位。例如，在进行螺栓连接时，应先将螺栓孔焊接成三角形等形状，然后再进行连接；在焊接钢结构时应先焊立缝再焊横缝；在组装H型钢时应先将腹板焊接成三角形等形状再进行组装；在焊接T形接头时应先将角钢进行组装再将腹板、翼缘板组装成三角形等形状。

5.控制焊接线能量

焊接时，在保证焊缝质量的前提下，采用较小的线能量，可以有效地减少焊接变形。焊接时线能量越小，变形越小。较小的线能量可以降低焊接应力，避免应力集中，从而减小焊缝变形和残余应力。因此，在焊接过程中尽量降低线能量的值。在实践中，用电弧电压来控制焊接速度的方法可以减少变形。一般情况下，线能量应控制在4-8J范围内。对于厚钢板，应将电弧电压提高到10-20J，以保证焊接过程中不发生过烧。控制线能量是一种比较简单且有效的方法。但如果线能能量过大，容易造成焊缝开裂、变形等不良现象。因此，在实践中应注意控制线能量的大小及使用时机，从而控制焊接变形和残余应力。

结束语：

综上所述，焊接是一项复杂的工作，需要多个方面的配合，只有在焊接时严格按照焊接工艺要求进行，才能确保焊接质量。焊接过程中必须严格按照工艺要求进行，根据不同情况采取不同的方法，如采用刚性固定法、反变形法等，这些方法都有一定的局限性，只有根据具体情况，选用合适的方法，才能保证焊接质量。另外，在焊接过程中要根据具体情况采取不同的措施控制变形。如焊接过程中尽量减少焊接变形量；在焊接后应及时进行校正；对于薄壁件应适当增加焊件的尺寸等。

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