鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治

1、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治焊接變形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量造成了不利影響。本文詳細(xì)分析了鋼結(jié)構(gòu)焊 接變形的基本類(lèi)型及其原因。為了有效防治焊接變形，必須精心設(shè)計(jì)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu) 造，提高焊接工藝質(zhì)量，對(duì)于已有變形采取有效方法矯正，加強(qiáng)工程施工管理。標(biāo)簽：鋼結(jié)構(gòu)；焊接；變形；火焰矯正作為鋼結(jié)構(gòu)制作和連接的主要技術(shù)，焊接已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和 安裝工藝之中。然而，焊接中產(chǎn)生的變形問(wèn)題不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性 能，如果嚴(yán)重的話(huà)甚至?xí)?dǎo)致焊件報(bào)廢，給企業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失。特別是在大 型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)中，這一問(wèn)題表現(xiàn)得尤其突出。有鑒于此，必須對(duì)焊接變 形不同類(lèi)型和原因進(jìn)行全面分析，并采取有力措施控制焊接變形

2、量，以確保不斷 提高生產(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。1焊接變形的基本類(lèi)型分析和原因分析1.1焊接變形的基本類(lèi)型所謂焊接變形是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，由于施焊電弧高溫引起的變形，以 及焊接完成后在構(gòu)件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類(lèi)變形中，焊接殘余變形是影響 焊接質(zhì)量的主要因素，也是破壞性最強(qiáng)的變形類(lèi)型。焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的不同 層次的影響分為整體變形和局部變形；根據(jù)變形的不同特點(diǎn)則可分為：角變形、 彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯(cuò)邊變形。在這些變形類(lèi)型中，角 變形和波浪變形屬于局部變形，而其他類(lèi)型的變形屬于整體變形。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較 多的變形類(lèi)型是整體變形。1.2焊接變形產(chǎn)生的原因分

3、析鋼結(jié)構(gòu)剛度：剛度是指結(jié)構(gòu)體對(duì)拉伸方向和彎曲變形的抵抗能力。鋼結(jié)構(gòu)的 剛度主要取決于結(jié)構(gòu)截面形狀和尺寸的大小。例如，工字鋼截面和縱向桁架變形 量，主要取決于其橫截面面積的弦桿截面大小的部分。再如，工字型、丁字型或 其他形狀的型鋼的彎曲變形量主要取決于截面的抗彎剛度。焊接連接縫位置和數(shù) 量：當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)剛度不足時(shí)，在設(shè)計(jì)焊接連接縫位置和數(shù)量時(shí)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)體對(duì)稱(chēng)安 排，且焊接順序是合理的，構(gòu)件只能產(chǎn)生線(xiàn)性變形；當(dāng)焊縫為不對(duì)稱(chēng)的安排，產(chǎn) 生的多為彎曲變形。焊接工藝：焊接電流偏大、焊條直徑較粗，使得焊接速度緩 慢，可能導(dǎo)致焊接變形大；厚鋼板焊接時(shí)，手工焊接方法比自動(dòng)焊接方法引起的 變形量較??；采用多層焊接工

4、藝時(shí)，首層的焊縫收縮變形最大，第二和第三層焊 接變形量分別是首層的20%和5%10%。也就是說(shuō)，多層焊接的層數(shù)越多，焊 接變形越明顯；斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量?。粚?duì)接式焊縫的橫向收 縮變形量比縱向收縮變形量大2至4倍；焊接順序不當(dāng)或在沒(méi)有焊接妥當(dāng)分部構(gòu) 件時(shí)就進(jìn)行整體組裝焊接，很容易產(chǎn)生焊接變形。因此，為了防治焊接變形，在 焊接施工過(guò)程中必須制訂合理的工藝措施。2.1焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)控制焊縫的數(shù)量和大小。鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量多、尺寸大，焊接時(shí)的熱輸入量 也越多，造成的焊接變形也更大。因此，在鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)法 控制焊縫的數(shù)量和大小，盡可能減少焊接變形。根據(jù)焊接工藝選擇適合的焊

5、縫坡口的形狀和尺寸。對(duì)焊縫坡口形成與大小 合理的選擇應(yīng)能夠確保鋼結(jié)構(gòu)整體的承載能力充分。適當(dāng)?shù)钠驴谛螤詈痛笮。?以通過(guò)減少截面積，進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形量。焊接節(jié)點(diǎn)的位置應(yīng)處于構(gòu)件截面的對(duì)稱(chēng)處。結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點(diǎn)的位置應(yīng) 盡可能在構(gòu)件截面的中性軸對(duì)稱(chēng)位置，或盡量接近中性軸，同時(shí)應(yīng)避免在高應(yīng)力 區(qū)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)形式的選擇，應(yīng)選用的剛性小的節(jié)點(diǎn)形式。節(jié)點(diǎn)應(yīng)避免在雙向、 三向交叉處，這樣避免由于焊縫集中而導(dǎo)致的高溫和焊縫應(yīng)力集中，從而減少焊 接變形。2.2工藝措施組裝和焊接順序。鋼結(jié)構(gòu)的制作、組裝應(yīng)該在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的水平面上進(jìn)行。 該平臺(tái)應(yīng)確保所受的自重壓力的程度足夠大，不會(huì)出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn) 象

6、，以滿(mǎn)足構(gòu)件組裝的基本要求。在焊接小型構(gòu)件時(shí)可一次完成，即在焊接固定 好位置后，用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結(jié)構(gòu)組裝與焊接需要先將小件 組焊接完畢，然后再進(jìn)行最后的組裝和焊接。在進(jìn)行部件組裝時(shí)，為了防止組裝 過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)度的應(yīng)力和變形，應(yīng)該使不同型號(hào)的零配件符合構(gòu)件規(guī)定的規(guī)格、 形狀大小和樣板的要求，并且組裝時(shí)不能有較大外力強(qiáng)制拼裝，以防止零部件過(guò) 度焊接應(yīng)力和較大約束力帶來(lái)的變形。此外，組裝與焊接過(guò)程中應(yīng)使焊接接頭熱 量均勻，消除應(yīng)力并減少變形；焊縫應(yīng)做到對(duì)接間隙、坡口角度、搭接長(zhǎng)度和T 形貼角的尺寸無(wú)誤，且形式、大小應(yīng)與構(gòu)件的設(shè)計(jì)和焊接規(guī)范一致。反變形。由于在冷卻過(guò)程焊縫會(huì)產(chǎn)生收縮反

7、應(yīng)，結(jié)果使得減少了工件焊接 后的尺寸。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，為了彌補(bǔ)熱脹冷縮帶來(lái)的變形，在大型構(gòu)件焊接時(shí)常 用反變形的方法。反變形方法是在進(jìn)行焊接前使構(gòu)件預(yù)先發(fā)生變形，使變形方向 和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。例如，為了防止工字鋼梁上下蓋板 的焊接角變形，可以在焊前用油壓機(jī)或折邊機(jī)在相反方向預(yù)先壓彎蓋板。焊件夾具。大型結(jié)構(gòu)件在焊接接頭時(shí)各個(gè)工件和零件在自重和焊接應(yīng)力的 作用下，要想使其位置固定是比較困難的。所以，每件焊接工件和零件除了要用 焊接平臺(tái)固定位置外，還需要用到焊件夾具有效地夾緊，以便防止工件發(fā)生變形。3變形矯正目前，鋼結(jié)構(gòu)已在廠房建筑中得到廣泛的應(yīng)用。而鋼結(jié)構(gòu)廠房的主要構(gòu)件是 焊接

8、H型鋼柱、梁、撐。這些構(gòu)件在制作過(guò)程中都存在焊接變形問(wèn)題，如果焊 接變形不予以矯正，則不僅影響結(jié)構(gòu)整體安裝，還會(huì)降低工程的安全可靠性。焊接鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形超過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)允許變形范圍，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行矯正，使其 達(dá)到符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。實(shí)踐證明，多數(shù)變形的構(gòu)件是可以矯正的。矯正的方法 都是設(shè)法造成新的燮形來(lái)達(dá)到抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。在生產(chǎn)過(guò)程中普遍應(yīng)用的矯正方法，主要有機(jī)械矯正、火焰矯正和綜合矯正。 火焰矯正是一門(mén)較難操作的工作，方法掌握、溫度控制不當(dāng)還會(huì)造成構(gòu)件新的更 大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。3.1鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類(lèi)與火 焰矯正鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是焊接H型鋼柱、梁、撐。焊接變形經(jīng)常采用以

9、下三種 火焰矯正方法：線(xiàn)狀加熱法；點(diǎn)狀加熱法；三角形加熱法。下面介紹解決不同部位的施工方法。以下為火焰矯正時(shí)的加熱溫度（材質(zhì)為低碳鋼）低溫矯正500度600度 冷卻方式：水中溫矯正600度700度冷卻方式：空氣和水高溫矯正700度800度 冷卻方式：空氣注意事項(xiàng)：火焰矯正時(shí)加熱溫度不宜過(guò)高，過(guò)高會(huì)引起金屬變脆、影響沖擊 韌性。16Mn在高溫矯正時(shí)不可用水冷卻，包括厚度或淬硬傾向較大的鋼材。3.2翼緣板的角變形矯正H型鋼柱、梁、撐角變形。在翼緣板上面（對(duì)準(zhǔn)焊縫外）縱向線(xiàn)狀加 熱（加熱溫度控制在650度以下），注意加熱范圍不超過(guò)兩焊腳所控制的范圍， 所以不用水冷卻。線(xiàn)狀加熱時(shí)要注意：不應(yīng)在同一位置

10、反復(fù)加熱；加熱過(guò)程中不要進(jìn)行澆水。這兩點(diǎn)是火焰矯正一般原則。3.3柱、梁、撐的上拱與下?lián)霞皬澢谝砭壈迳?，?duì)著縱長(zhǎng)焊縫，由中間向兩端作線(xiàn)狀加熱，即可矯正彎曲變 形。為避免產(chǎn)生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進(jìn)行?？刹扇〉蜏爻C正或中 溫矯正法。這種方法有利于減少焊接內(nèi)應(yīng)力，但這種方法在縱向收縮的同時(shí)有較 大的橫向收縮，較難掌握。翼緣板上作線(xiàn)狀加熱，在腹板上作三角形加熱。用這種方法矯正柱、梁、撐的彎曲變形，效果顯著，橫向線(xiàn)狀加熱寬度一般 取2090mm，板厚小時(shí)，加熱寬度要窄一些，加熱過(guò)程應(yīng)由寬度中間向兩邊擴(kuò) 展。線(xiàn)狀加熱最好由兩人同時(shí)操作進(jìn)行，再分別加熱三角形，三角形的寬度不應(yīng) 超過(guò)板厚的2倍，

11、三角形的底與對(duì)應(yīng)的翼板上線(xiàn)狀加熱寬度相等。加熱三角形從 頂部開(kāi)始，然后從中心向兩側(cè)擴(kuò)展，一層層加熱直到三角形的底為止。加熱腹板 時(shí)溫度不能太高，否則造成凹陷變形，很難修復(fù)。注：以上三角形加熱方法同樣適用于構(gòu)件的旁彎矯正。加熱時(shí)應(yīng)采用中溫矯 正，澆水要少。3.4柱、梁、撐腹板的波浪變形矯正波浪變形首先要找出凸起的波峰，用圓點(diǎn)加熱法配合手錘矯正。加熱圓 點(diǎn)的直徑一般為5090mm，當(dāng)鋼板厚度或波浪形面積較大時(shí)直徑也應(yīng)放大，可 按d= (48+10) mm (d舄加熱點(diǎn)直徑；8為板厚)計(jì)算得出值加熱。烤嘴從波峰 起作螺旋形移動(dòng)，采用中溫矯正。當(dāng)溫度達(dá)到600700度時(shí)，將手錘放在加熱 區(qū)邊緣處，再用

12、大錘擊手錘，使加熱區(qū)金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時(shí) 應(yīng)避免產(chǎn)生過(guò)大的收縮應(yīng)力。矯完一個(gè)圓點(diǎn)后再進(jìn)行加熱第二個(gè)波峰點(diǎn)，方法同 上。為加快冷卻速度，可對(duì)Q235鋼材進(jìn)行加水冷卻。這種矯正方法屬于點(diǎn)狀加 熱法，加熱點(diǎn)的分布可呈梅花形或鏈?zhǔn)矫茳c(diǎn)形。注意溫度不要超過(guò)750度。4火焰矯正注意事項(xiàng)火焰矯正引起的應(yīng)力與焊接內(nèi)應(yīng)力一樣都是內(nèi)應(yīng)力。不恰當(dāng)?shù)某C正產(chǎn)生的內(nèi) 應(yīng)力與焊接內(nèi)應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力迭加，會(huì)使柱、梁、撐的縱應(yīng)力超過(guò)允許應(yīng)力，從 而導(dǎo)致承載安全系數(shù)的降低。因此在鋼結(jié)構(gòu)制造中一定要慎重，盡量采用合理的 工藝措施以減少變形，矯正時(shí)盡量可能采用機(jī)械矯正。當(dāng)不得不采用火焰矯正時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：烤火位置不得在主梁最大應(yīng)力截面附近；矯正處烤火面積在一個(gè)截面上不得過(guò)大，要多選幾個(gè)截面;宜用點(diǎn)狀加熱方式，以改善加熱區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)；加熱溫度最好不超過(guò)700度