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摘 要：在建筑钢结构焊接中，因为焊接区域中会发生局部热胀冷缩作用产生焊接变形，焊接变形会影响钢结构的尺寸大小，安装精度和施工方法。本文阐述了焊接变形的控制方法和减小焊接应力的一些措施。
关键词：钢结构；焊接变形；矫正
钢结构与其他结构相比，这种结构具有载重大、架设简便等优点，再加上工期短、工艺简单，因此被广泛应用于高度和跨度较大的结构，以及可拆卸的结构等等。在施工过程中，很多外界因素都会造成钢结构变形，其中，焊接变形最为常见，而且可以通过优化工艺来减少和避免。
近几年来，钢结构焊接框架在建筑业中得到了广泛的应用。钢结构焊接框架凭借其强度高、质量小、韧性好、以及安装快捷施工方便等多种优点，逐步取代了铆接和螺栓连接等其他连接方式。但是钢结构焊接也有不便于进行焊接质量检验、容易引起构件变形等缺点。在钢结构焊接施工过程中，如果能采取一定的方式适当控制，就能够有效减小变形量，提高焊接效率和工程整体质量。
一、常见的焊接变形
焊接过程中母材不均匀受热，钢材不论在焊接的加热还是冷却过程中，都会产生变形。因此，受热变形是焊接钢结构一种常见的变形方式。焊接变形有以下几种基本形式：
（1）弯曲变形。弯曲变形在焊接中常出现的现象，这种变形对钢结构精度影响很大。钢材的纵向收缩与横向收缩都会产生弯曲变形。在腹板很薄的时候也会发生弯曲变形。
（2）横向变形。形成横向变形的主因是板材的不均匀受热。由于板材的不同部分的受热不均，热过程不同，因此在板材冷却时，横向收缩是不均匀的，这就造成了横向变形。
（3）纵向变形。在钢板加热后冷却过程中，原来温度高的部分被压缩的多，因而冷却后收缩的也多，因此产生的纵向收缩造成纵向变形。
（4）角变形。对较厚钢板进行角焊接时，焊接的这一面温度高，焊接背面温度低。这样在冷却时，焊接的一侧收缩较大。就会相对角度变化产生角变形。
（5）波浪变形。这类主要发生在薄钢板构件中。薄钢板冷却收缩的时候，不同区域之间互相产生应力，因为焊接产生的应力很大，薄钢板就无法维持稳定出现褶皱。
（6）扭曲变形。主要表现是钢结构横断面发生了扭转。
二、控制焊接变形的方法
在钢结构的焊接过程中，要充分考虑变形的问题，通过合理的焊接方法，减少焊接变形。
1.设计合理的焊缝
焊接连接是钢结构中的重要环节，连接的承载能力必须不小于钢件的承载力，这就是代表焊缝强度必须不低于母材的强度。对于不同功能的焊缝对于力学性能的要求也不尽相同，受力焊缝是主要承受传力，对于强度很高；缀连焊缝主要起连接作用，它的应力可忽略不计，但在连接过程中受剪力作用大，因此强度可适当减小，韧性适当提高。
从尺寸上说，焊缝尺寸不应该设置的太大。因为过大的尺寸会导致焊接变形增加，还会增加焊接工人的劳动强度。所以，在保证强度的前提下，应尽量减小焊缝尺寸。
2.焊前的准备工作
钢件毛坯不能随意摆放，需要平整放置。要为钢件提供数量足够，位置合理的支撑。否则，焊接过程中钢件会因自重发生变形。放样和下料毛坯时必须为了补偿收缩留一定的焊接余量。
3.合理的装配和焊接顺序
要有标准的水平平台，用于制作和拼接钢件，这样保证了构件的平直。小件可以一次装配，先定位焊接一遍，再按顺序一次完成。大型钢结构要先将小件组焊，然后，总体装配，之后再焊接。拼装过程中要注意避免过大的外力强制组对，防止焊件的变形。对接口的间隙，搭接长度，坡口角度连接要合理。
4.选择合理的焊接工艺
焊接时能量越小，焊接后变形就越小，所以在尽可能的情况下尽量焊多层、使用小焊条，对电流、焊接速度也要进行控制。在焊接钢件时候，要先从短焊缝开始焊接，再焊长焊缝，先焊立位面角焊缝再焊平面角焊缝，先焊接对接再焊接角接；先外后内，先纵后横，先中后边。对于长焊缝，要使用断续焊法，每隔1M左右距离焊缝要进行对称焊接，如果是1.5米以上可以使用跳焊法。其中断续焊接时焊接接头比较多，所以容易产生缺陷。
5.適当应用预热法
在焊前可以对焊件进行加热，局部预热或整体预热之后再进行焊接。焊前预热后能够减少焊接应力变形，不同的焊件预热温度不同一般预热温度80度到300度之间。
6.刚性固定法
刚性固定法是指焊接时将构件用夹具等固定在具有一定强度的工作台上，构件在热胀冷缩时会受到约束，变形被外力所限制。这种方法适用于塑性较好的材料和厚度在10mm 以下的薄板。
三、焊接变形的矫正
钢结构焊接变形的因素很多，当焊接变形难以避免或构件的变形程度超过设计要求时，必须进行矫正。通常焊接变形的矫正可分为冷矫正法和热矫正法两种。
1.冷矫正法
冷矫正法也叫机械矫正法，是使用机械力的作用，对焊接变形进行矫正，这种矫正方法常常使用于小尺寸焊件或变形程度较小的焊件，常用器具有千斤顶、压力机、矫板机等。在矫正工作时，需要先将焊件固定在工装之间，再对焊件构件施加相反焊接方向的外力，使其产生相反的塑性变形，补偿原来因为焊接应力造成的变形即可。但是需要注意，因为需要施加作用力的原因，冷加工法不适用于脆性较大和硬度较大的钢材料。
2.热矫正法
热矫正法也叫火焰矫正法，它是利用火焰的温度对焊缝局部进行加热，在其冷却时，重新发生热胀冷缩造成新的局部形变，从而能够抵消旧的形变，达到矫正的目的。所以如何正确的选取加热位置，温度以及冷却时间是能否取得火焰矫正良好效果的重要因素。热加工法适用于低碳钢结构和部分普通低合金钢结构。
火焰矫正法的加热方法有点状加热，线状加热和三角形加热三种。点状加热主要适用于矫正板料的凸凹变形，要根据钢板自身的厚度，材料和变形程度确定加热点的直径，数量和间距。一般情况下钢板厚度越大，变形越大，加热点越多，直径越大，间距越小。加热点直径一般在 十毫米到三十毫米之间之间，相互距离一般为五十到一百毫米，排布形状往往采用梅花形状。线状加热有三种基本形式：直线加热、曲线加热和环线加热，具体应用时应酌情选择。
四、结束语
本文总结了各种施工中钢结构焊接变形，以及变形的控制要点和矫正方法，这些经验将在建筑钢结构施工中起到预防和指导作用。钢结构的焊接形变在施工工程中经常发生，影响建筑施工质量，必须注重控制和矫正。
参考文献：
[1]张家旭.钢结构的变形与矫正[M].北京：中国铁道出版社，1990.
[2]陈志华.建筑钢结构设计[M].天津：天津大学出版社，2004.
[3]Texas Instruments Incorprated.TMS320C28X 系列 DSP 的CPU 与外设[M].张卫宁译.北京：清华大学出版社，2005.
[4]高西全、丁玉美.数字信号处理（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
[5]谢宝昌、任永德.电机的 DSP 控制技术及其应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
关键词：钢结构；焊接变形；矫正
钢结构与其他结构相比，这种结构具有载重大、架设简便等优点，再加上工期短、工艺简单，因此被广泛应用于高度和跨度较大的结构，以及可拆卸的结构等等。在施工过程中，很多外界因素都会造成钢结构变形，其中，焊接变形最为常见，而且可以通过优化工艺来减少和避免。
近几年来，钢结构焊接框架在建筑业中得到了广泛的应用。钢结构焊接框架凭借其强度高、质量小、韧性好、以及安装快捷施工方便等多种优点，逐步取代了铆接和螺栓连接等其他连接方式。但是钢结构焊接也有不便于进行焊接质量检验、容易引起构件变形等缺点。在钢结构焊接施工过程中，如果能采取一定的方式适当控制，就能够有效减小变形量，提高焊接效率和工程整体质量。
一、常见的焊接变形
焊接过程中母材不均匀受热，钢材不论在焊接的加热还是冷却过程中，都会产生变形。因此，受热变形是焊接钢结构一种常见的变形方式。焊接变形有以下几种基本形式：
（1）弯曲变形。弯曲变形在焊接中常出现的现象，这种变形对钢结构精度影响很大。钢材的纵向收缩与横向收缩都会产生弯曲变形。在腹板很薄的时候也会发生弯曲变形。
（2）横向变形。形成横向变形的主因是板材的不均匀受热。由于板材的不同部分的受热不均，热过程不同，因此在板材冷却时，横向收缩是不均匀的，这就造成了横向变形。
（3）纵向变形。在钢板加热后冷却过程中，原来温度高的部分被压缩的多，因而冷却后收缩的也多，因此产生的纵向收缩造成纵向变形。
（4）角变形。对较厚钢板进行角焊接时，焊接的这一面温度高，焊接背面温度低。这样在冷却时，焊接的一侧收缩较大。就会相对角度变化产生角变形。
（5）波浪变形。这类主要发生在薄钢板构件中。薄钢板冷却收缩的时候，不同区域之间互相产生应力，因为焊接产生的应力很大，薄钢板就无法维持稳定出现褶皱。
（6）扭曲变形。主要表现是钢结构横断面发生了扭转。
二、控制焊接变形的方法
在钢结构的焊接过程中，要充分考虑变形的问题，通过合理的焊接方法，减少焊接变形。
1.设计合理的焊缝
焊接连接是钢结构中的重要环节，连接的承载能力必须不小于钢件的承载力，这就是代表焊缝强度必须不低于母材的强度。对于不同功能的焊缝对于力学性能的要求也不尽相同，受力焊缝是主要承受传力，对于强度很高；缀连焊缝主要起连接作用，它的应力可忽略不计，但在连接过程中受剪力作用大，因此强度可适当减小，韧性适当提高。
从尺寸上说，焊缝尺寸不应该设置的太大。因为过大的尺寸会导致焊接变形增加，还会增加焊接工人的劳动强度。所以，在保证强度的前提下，应尽量减小焊缝尺寸。
2.焊前的准备工作
钢件毛坯不能随意摆放，需要平整放置。要为钢件提供数量足够，位置合理的支撑。否则，焊接过程中钢件会因自重发生变形。放样和下料毛坯时必须为了补偿收缩留一定的焊接余量。
3.合理的装配和焊接顺序
要有标准的水平平台，用于制作和拼接钢件，这样保证了构件的平直。小件可以一次装配，先定位焊接一遍，再按顺序一次完成。大型钢结构要先将小件组焊，然后，总体装配，之后再焊接。拼装过程中要注意避免过大的外力强制组对，防止焊件的变形。对接口的间隙，搭接长度，坡口角度连接要合理。
4.选择合理的焊接工艺
焊接时能量越小，焊接后变形就越小，所以在尽可能的情况下尽量焊多层、使用小焊条，对电流、焊接速度也要进行控制。在焊接钢件时候，要先从短焊缝开始焊接，再焊长焊缝，先焊立位面角焊缝再焊平面角焊缝，先焊接对接再焊接角接；先外后内，先纵后横，先中后边。对于长焊缝，要使用断续焊法，每隔1M左右距离焊缝要进行对称焊接，如果是1.5米以上可以使用跳焊法。其中断续焊接时焊接接头比较多，所以容易产生缺陷。
5.適当应用预热法
在焊前可以对焊件进行加热，局部预热或整体预热之后再进行焊接。焊前预热后能够减少焊接应力变形，不同的焊件预热温度不同一般预热温度80度到300度之间。
6.刚性固定法
刚性固定法是指焊接时将构件用夹具等固定在具有一定强度的工作台上，构件在热胀冷缩时会受到约束，变形被外力所限制。这种方法适用于塑性较好的材料和厚度在10mm 以下的薄板。
三、焊接变形的矫正
钢结构焊接变形的因素很多，当焊接变形难以避免或构件的变形程度超过设计要求时，必须进行矫正。通常焊接变形的矫正可分为冷矫正法和热矫正法两种。
1.冷矫正法
冷矫正法也叫机械矫正法，是使用机械力的作用，对焊接变形进行矫正，这种矫正方法常常使用于小尺寸焊件或变形程度较小的焊件，常用器具有千斤顶、压力机、矫板机等。在矫正工作时，需要先将焊件固定在工装之间，再对焊件构件施加相反焊接方向的外力，使其产生相反的塑性变形，补偿原来因为焊接应力造成的变形即可。但是需要注意，因为需要施加作用力的原因，冷加工法不适用于脆性较大和硬度较大的钢材料。
2.热矫正法
热矫正法也叫火焰矫正法，它是利用火焰的温度对焊缝局部进行加热，在其冷却时，重新发生热胀冷缩造成新的局部形变，从而能够抵消旧的形变，达到矫正的目的。所以如何正确的选取加热位置，温度以及冷却时间是能否取得火焰矫正良好效果的重要因素。热加工法适用于低碳钢结构和部分普通低合金钢结构。
火焰矫正法的加热方法有点状加热，线状加热和三角形加热三种。点状加热主要适用于矫正板料的凸凹变形，要根据钢板自身的厚度，材料和变形程度确定加热点的直径，数量和间距。一般情况下钢板厚度越大，变形越大，加热点越多，直径越大，间距越小。加热点直径一般在 十毫米到三十毫米之间之间，相互距离一般为五十到一百毫米，排布形状往往采用梅花形状。线状加热有三种基本形式：直线加热、曲线加热和环线加热，具体应用时应酌情选择。
四、结束语
本文总结了各种施工中钢结构焊接变形，以及变形的控制要点和矫正方法，这些经验将在建筑钢结构施工中起到预防和指导作用。钢结构的焊接形变在施工工程中经常发生，影响建筑施工质量，必须注重控制和矫正。
参考文献：
[1]张家旭.钢结构的变形与矫正[M].北京：中国铁道出版社，1990.
[2]陈志华.建筑钢结构设计[M].天津：天津大学出版社，2004.
[3]Texas Instruments Incorprated.TMS320C28X 系列 DSP 的CPU 与外设[M].张卫宁译.北京：清华大学出版社，2005.
[4]高西全、丁玉美.数字信号处理（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
[5]谢宝昌、任永德.电机的 DSP 控制技术及其应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.