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摘 要：焊接属于钢结构的主要制作方式，但是因为焊接容易发生变形，会严重影响结构的构件质量，所以如何通过焊接变形规律对结构变形的问题进行处理，逐渐成为钢结构的制作难点与重点。本文分析了钢结构发生变形的主要原因，并提出了有效的控制措施，以期对钢结构的变形问题进行控制。
关键词：钢结构；焊接变形；控制对策
1 影响焊接发生变形的主要因素
1.1 工艺因素
通常情况下，焊接工艺对焊接的变形影响有很多方面，如夹具应用、焊接的方法、焊接的工装、焊接的热输入量与构件固定的方式等。而在多种工艺因素中，影响最严重的就是焊接的顺序，通过改变焊接顺序，就能改变残余应力状态以及分布情况 [1]。
1.2 材料因素
材料对焊接变形的影响，既与焊接材料密切相关，又与母材相关，其中材料力学性能和热物理的性能参数都会影响焊接变形生产的过程。热物理的性能参数影响一般在热传导的系数方面有所呈现，热传导的系数愈小，其温度梯度就会愈大，导致焊接变形显著；而力学的性能对焊接变形的影响相对复杂，主要体现在热膨胀系数方面，热膨胀的系数加大，焊接变形就会增加。
1.3 结构因素
焊接结构设计对焊接的变形影响较为关键，并且相对复杂。总体的原则是拘束度增加，会导致残余的焊接应力随之增加，减少焊接变形，如果拘束度出现较大变化，就会加大钢结构构件的焊接变形控制和分析难度。
2 控制钢结构焊接变形的主要措施
2.1 防止工字梁焊接变形的方式
防止工字梁焊接变形的主要措施是对收缩量进行预留，选取表面平直与合格材质的钢板料，在下料时需要对钢接受的收缩余量进行考虑，尽可能反变形。在大批量地制作与生产工字梁时，一般不会使用反变形，但在小批量的生产中使用反变形可以将变形减小，避免发生角变形的情况。此外，由于工字梁焊接长度比较长，工艺好坏会直接决定工字梁变形与焊缝的发生情况。在使用二氧化碳进行焊接时，一般使用逆向对称分段焊接的方式，将焊缝分成各个小段，每段长度为200～300mm，并且每一小段焊都和总焊接的方向相背，同时选择水平相近与技术比较好的四个焊工一起施焊，减小变形。而在使用自动化埋弧的焊接方式时，首先要对下翼板二条角的焊缝施焊，然后焊好上翼板的角焊缝，确保焊接方向的一致性；进行多道焊时，要根据实际情况进行测量，便于下一次焊接[2]。
2.2 制作大型钢板的拼接梁
通常大型钢板的拼接梁是指焊成的工字梁型结构，并且比较长，一些较长大梁的变形需要充分考虑扭曲变形与长度方向变形。为确保产品的质量，需要严格控制焊接质量。
第一，下料。一般大量拼版均是使用数控的火焰进行切割与下料，因为在切割板时切线的实际温度可以达到1500℃，割线以外则是室温，这种大温差易发生形变，尤其是铣面加工下料，若不及时处理，在下料组对以后就会出现上弓或者下挠的情况。这就需要将板料置于下料的平台上，再将板材位置找正，实施预热，以防出现变形。
第二，组对。在组装时，首先要对电焊机的电压与电流等参数进行调节，将平台上的飞溅物与熔渣彻底清除，将件9置于焊接的平台上，然后根据图纸将件10焊接到件9上，在点焊结束后需要通过宽座角尺对件9与件10的角度进行测量，确保二者互相垂直后才可以加固；根据图纸对件2实施组焊，保证件2、件9与件10互相垂直；其他组件的焊接也要用同样的方式，如图1所示。
第三，工字梁的焊接。为方便区分焊缝的位置，需在主视图焊缝上标字母，同时根据顺序进行焊接。首先对较长的焊缝进行焊接，用同样的方式对其他焊缝进行焊接。而在实际生产的过程中，工字梁的加工比较大，导致加工过程中容易出现变形，严重者还会损害工字梁的加工质量。因此，在焊接过程中需要严格根据特定的尺寸规格进行焊接，通过T型的接头将两块腹板以及翼板合为一体。
2.3 没有加强筋的工字梁焊接
在工字梁制作过程中，容易出现弯曲变形、局部变形与扭曲变形等，其中局部的变形主要是指翼板上角的变形，且焊接接头的形式存在差异，角变形特点也会存在差异。工字梁焊接经常会以T型接头形式产生，通常T型接头的角变形包含水平版角变形以及水平板回转两个部分，并且角变形的大小和焊件的钢性与焊接规范密切相关，因此在工字梁的焊接过程中，需要对板材的刚性进行合理地加强。而对于部分要求比较特殊的工字梁，需要使用反变形方式，同时对反变形量进行预留，若不是标准的构件，需使用常规焊接的参数，在相对自由的状态下施焊。结束焊接以后，要对角变形量进行测量，尽可能控制在4～6mm之间，还要应用十吨液压的千斤顶制作一台反变形的设备，按照相关数据对水平版上下进行反变形。
而弯曲变形主要指在完成工字梁焊接以后，构件中心与设计的中心线之间偏离的程度，通常弯曲的变形包含焊缝纵向的收缩引起变形以及横向收缩引起变形两种。弯曲的变形和焊接构件与焊接范围息息相关，所以在焊接过程中应尽可能加强构件的刚度，应用小焊接的规范施焊，同时还要保证装配顺序的合理性，这样不仅可以加强焊接的刚性，而且能够降低弯曲变形的发生率。
3 结语
总而言之，从焊接工艺着手，对焊接变形的预防效果最好，而且最经济。近年来，焊接技术逐渐成熟，焊接环境愈来愈好，焊接的牢固性已经不是现阶段考虑的主要问题，而需要重点考虑的是如何确保构件制造的质量，防止构件发生变形。因此，需要相关人员严格按照焊接顺序与方向进行焊接，尽可能降低构件变形的发生率。
参考文献
[1]谢群，周海滨，袁伟.大跨度钢结构原位拼装焊接热影响监控研究[J].建筑技术，2013，24（1）：53-55.
[2]陈铁军.钢结构焊接中存在的问题及其处理方法研究[J].科技传播，2013，15（12）：53-55.
（作者单位：中原总机石油设备有限公司）
关键词：钢结构；焊接变形；控制对策
1 影响焊接发生变形的主要因素
1.1 工艺因素
通常情况下，焊接工艺对焊接的变形影响有很多方面，如夹具应用、焊接的方法、焊接的工装、焊接的热输入量与构件固定的方式等。而在多种工艺因素中，影响最严重的就是焊接的顺序，通过改变焊接顺序，就能改变残余应力状态以及分布情况 [1]。
1.2 材料因素
材料对焊接变形的影响，既与焊接材料密切相关，又与母材相关，其中材料力学性能和热物理的性能参数都会影响焊接变形生产的过程。热物理的性能参数影响一般在热传导的系数方面有所呈现，热传导的系数愈小，其温度梯度就会愈大，导致焊接变形显著；而力学的性能对焊接变形的影响相对复杂，主要体现在热膨胀系数方面，热膨胀的系数加大，焊接变形就会增加。
1.3 结构因素
焊接结构设计对焊接的变形影响较为关键，并且相对复杂。总体的原则是拘束度增加，会导致残余的焊接应力随之增加，减少焊接变形，如果拘束度出现较大变化，就会加大钢结构构件的焊接变形控制和分析难度。
2 控制钢结构焊接变形的主要措施
2.1 防止工字梁焊接变形的方式
防止工字梁焊接变形的主要措施是对收缩量进行预留，选取表面平直与合格材质的钢板料，在下料时需要对钢接受的收缩余量进行考虑，尽可能反变形。在大批量地制作与生产工字梁时，一般不会使用反变形，但在小批量的生产中使用反变形可以将变形减小，避免发生角变形的情况。此外，由于工字梁焊接长度比较长，工艺好坏会直接决定工字梁变形与焊缝的发生情况。在使用二氧化碳进行焊接时，一般使用逆向对称分段焊接的方式，将焊缝分成各个小段，每段长度为200～300mm，并且每一小段焊都和总焊接的方向相背，同时选择水平相近与技术比较好的四个焊工一起施焊，减小变形。而在使用自动化埋弧的焊接方式时，首先要对下翼板二条角的焊缝施焊，然后焊好上翼板的角焊缝，确保焊接方向的一致性；进行多道焊时，要根据实际情况进行测量，便于下一次焊接[2]。
2.2 制作大型钢板的拼接梁
通常大型钢板的拼接梁是指焊成的工字梁型结构，并且比较长，一些较长大梁的变形需要充分考虑扭曲变形与长度方向变形。为确保产品的质量，需要严格控制焊接质量。
第一，下料。一般大量拼版均是使用数控的火焰进行切割与下料，因为在切割板时切线的实际温度可以达到1500℃，割线以外则是室温，这种大温差易发生形变，尤其是铣面加工下料，若不及时处理，在下料组对以后就会出现上弓或者下挠的情况。这就需要将板料置于下料的平台上，再将板材位置找正，实施预热，以防出现变形。
第二，组对。在组装时，首先要对电焊机的电压与电流等参数进行调节，将平台上的飞溅物与熔渣彻底清除，将件9置于焊接的平台上，然后根据图纸将件10焊接到件9上，在点焊结束后需要通过宽座角尺对件9与件10的角度进行测量，确保二者互相垂直后才可以加固；根据图纸对件2实施组焊，保证件2、件9与件10互相垂直；其他组件的焊接也要用同样的方式，如图1所示。
第三，工字梁的焊接。为方便区分焊缝的位置，需在主视图焊缝上标字母，同时根据顺序进行焊接。首先对较长的焊缝进行焊接，用同样的方式对其他焊缝进行焊接。而在实际生产的过程中，工字梁的加工比较大，导致加工过程中容易出现变形，严重者还会损害工字梁的加工质量。因此，在焊接过程中需要严格根据特定的尺寸规格进行焊接，通过T型的接头将两块腹板以及翼板合为一体。
2.3 没有加强筋的工字梁焊接
在工字梁制作过程中，容易出现弯曲变形、局部变形与扭曲变形等，其中局部的变形主要是指翼板上角的变形，且焊接接头的形式存在差异，角变形特点也会存在差异。工字梁焊接经常会以T型接头形式产生，通常T型接头的角变形包含水平版角变形以及水平板回转两个部分，并且角变形的大小和焊件的钢性与焊接规范密切相关，因此在工字梁的焊接过程中，需要对板材的刚性进行合理地加强。而对于部分要求比较特殊的工字梁，需要使用反变形方式，同时对反变形量进行预留，若不是标准的构件，需使用常规焊接的参数，在相对自由的状态下施焊。结束焊接以后，要对角变形量进行测量，尽可能控制在4～6mm之间，还要应用十吨液压的千斤顶制作一台反变形的设备，按照相关数据对水平版上下进行反变形。
而弯曲变形主要指在完成工字梁焊接以后，构件中心与设计的中心线之间偏离的程度，通常弯曲的变形包含焊缝纵向的收缩引起变形以及横向收缩引起变形两种。弯曲的变形和焊接构件与焊接范围息息相关，所以在焊接过程中应尽可能加强构件的刚度，应用小焊接的规范施焊，同时还要保证装配顺序的合理性，这样不仅可以加强焊接的刚性，而且能够降低弯曲变形的发生率。
3 结语
总而言之，从焊接工艺着手，对焊接变形的预防效果最好，而且最经济。近年来，焊接技术逐渐成熟，焊接环境愈来愈好，焊接的牢固性已经不是现阶段考虑的主要问题，而需要重点考虑的是如何确保构件制造的质量，防止构件发生变形。因此，需要相关人员严格按照焊接顺序与方向进行焊接，尽可能降低构件变形的发生率。
参考文献
[1]谢群，周海滨，袁伟.大跨度钢结构原位拼装焊接热影响监控研究[J].建筑技术，2013，24（1）：53-55.
[2]陈铁军.钢结构焊接中存在的问题及其处理方法研究[J].科技传播，2013，15（12）：53-55.
（作者单位：中原总机石油设备有限公司）