摘 要:由于钢结构具有高强度和良好塑性的优点,被广泛运用于建筑工程当中,然而钢结构由于截面和厚度较小,在焊接的时候会产生变形累加问题,再加上材料和其他工艺手段原因,焊接不当直接导致钢结构框架的变形。本文将在分析钢结构焊接变形原因的基础上,提出相应的控制措施,以便解决钢结构焊接变形的问题。
关键词:钢结构 焊接变形 控制措施
中图分类号:TG1文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0088-01
1 钢结构焊接变形的成因分析
钢结构在焊接的过程中,由于局部受热和受冷不均匀,再加上外力对刚性拘束的作用,致使焊接区域产生不均匀的纵向和横向收缩现象,笔者根据钢结构焊接的实际工作经验,对变形的原因进行了如下分析:①钢结构的刚度表现为抗拉、抗伸、弯曲等能力,这些能力主要受到截面和尺寸大小的影响,譬如桁架的横截面和弦杆截面的面积不符合规范,在焊接时候会产生纵向变形,再如丁字形等形状截面会由于抗弯刚度不足而在焊接时弯曲变形。②某些钢结构的加工件由于刚度过小,在焊接之后加工件的焊缝布置不均匀,出现严重收缩现象,焊缝较多部位变形程度较大,焊缝较少的部位反之。一般情况下,焊缝在钢结构中是呈对称的状态布置,因此焊接的程序必须合理,根据对称要求减少线性缩短,然而往往由于布置的焊缝不对称,而产生弯曲变形,或者当焊缝的界面重心偏向于接头截面,则会出现角变形情况。③除了钢结构本身的问题,焊接工艺对焊接变形的产生也存在很大的关系,焊接的电流控制不到位,致使直径较粗的焊条在慢速度焊接的时候受热不均,而产生焊接变形;采用自动焊接的方式焊接比较厚的钢板,比起手工焊接的模式,前者效率较高,但产生变形的几率比后者高得很多;多层的钢板焊接,每一层焊接缝的收缩量都不一样,一般情况下,首层收缩量最大,第二层的收缩量约为首层的的五分之一,第三层的收缩量约为首层的十分之一,而且层数越多,所产生的的焊接变形就越大;另外焊接的顺序也是焊接变形的成因之一,如果焊接的顺序不恰当,也会产生焊接变形。
2 钢结构焊接变形的控制措施
2.1 焊接变形的预防控制措施
焊接变形的预防控制措施分为五个步骤进行:①受弯构件在放样的时候,要进行起拱处理,以便在施焊之后补偿焊缝的收缩现象,在下料的时候要依靠工艺试验确定收缩的余量,小于24m的弯构件长度放出收缩量为5mm,大于24m的弯构件长度放出收缩量为8mm。②在自重压力下,为提高钢结构构件的稳定程度,在拼装平台的时候,要具备平直的水平标准。如果结构不复杂,可采取一次性安装和固定的方式,根据焊接顺序一次性完成。笔者建议焊接要在整体装配之后进行,用角焊接的方法平衡变形,如果构件在拼装过程中的应力和变形过大,则需要使用型号不同的零件,以防止焊接构件之后产生的拘束应力过大而出现变形。③焊接施工时,要控制好焊接的电流、速度和顺序等工艺手段,譬如焊接构件要遵循先短后长的原则。④为了控制焊接的变形,在拼装的时候,可向变形相反方向的进行适当调整,以预防变形。但采用反变形的方法,必须事先根据焊缝的设计要求,进行调整试验,笔者建议采用材料质地和规格大小相仿的钢板进行焊接试验,以测定好变形量,作为反变形法的参数。⑤焊接固定的方法要以增强刚性为主,可以在重叠部位设置固定构件,然后进行焊接,这样一来,无论是焊接加热,还是冷却,都能够有效防止收缩变形,但刚性固定法一般只能应用于低碳或者低合金的结构钢。
2.2 钢板焊接的控制流程
钢板结构的焊接受到环境因素的约束,为了使得焊接的部位保持适当的温度,尤其是在低温条件下的焊接作业,要采取严格的工艺手段,控制焊接的流程:
首先是做好焊接的准备工作:①焊接之前,防止风、雨、雪等因素对焊接后冷却的影响,譬如快速冷却产生层状裂缝,做好温度变化的焊接作业准备工作。②对坡口等进行焊前全面检查,清理坡口的锈蚀和污物等,为焊接提供较为干净的环境。③如果焊接的环境温度较低,要进行预热,利用温度仪监控加热的温度,保证焊接的受热均匀。
其次是控制焊接的顺序和工艺流程:①焊接顺序的合理安排:由内部向外部焊接;由上部往下部焊接,先焊接单独体,再焊接整体。焊接的作业顺序要严格遵守,不可以随意更改。②焊接过程中,每个节点的焊接,其焊道的质量要控制好,一旦发现变形,要进行及时处理。③焊缝的缺陷处理,是要通过检测确定的,焊缝的缺陷返修同样进行严格的预热、后温和保温处理,工艺流程与焊接工艺流程一样。
再次,焊接的应力集中是变形的诱因,因此焊接的时候要采取必要的措施减小应力集中:①为了在焊缝区有效引出收弧线,焊工在正式焊缝前,要做出时间延长的适当调整,以便在焊接作业后精准切除,这样一来,焊缝之外的一些导致接头裂纹的缺陷就可以避免。②焊接结构的接头散失温度时间的延缓,可以通过先焊接收缩量比较大的部位,并利用衬板、引入板、引出板。③钢结构的上翼和下翼与腹板交叉位置的融合,是需要讲究上翼板和下翼板的焊接顺序的,上翼板要先进行焊接,在焊厚占钢板厚度的一半之后,再进行下翼板焊接,鉴于下翼板焊接的难度较高,需要有两名焊接工人交叉配合焊接,在下翼板的焊接作业全部完成后,再完成上翼板剩余的部分。
最后是焊接后的处理措施。钢结构焊接完成后,要用各种检查工具对焊接情况进行检查,譬如利用放大镜检查焊接的表面是否存在气孔、夹渣等可能致使裂纹的问题。一方面,要做好保温措施,在钢结构焊接检查之后,对焊缝进行后温处理,后温处理可使用功率比较大的烤枪沿着焊缝中间部位两侧进行均匀加热,温度控制250℃,范围控制在中间部位两端的150mm之内,时间控制在20min左右。后温处理过程中,要用石棉布扎进处理部位,再密闭焊接防护棚,尤其是温度较低的气候条件下,就能有效避免骤然冷却而变形的问题,在整体恢复常温之后再撤去防护棚。整个后温和保温流程要利用测温仪进行辅助控制。另一方面是对焊接节点超深比例20%的无损检测,以便及时发现焊缝的缺陷。尤其是比较重要的承力节点,需进行时间一个月左右跟踪复测,防止钢板的撕裂变形。
2.3 矫正焊接变形的方法措施
钢结构构件的弯曲和扭曲变形,主要是因为构件在规范设计要求之外,因此要进行焊接矫正,鉴于各种钢结构焊接施工的差异性,笔者将对三种比较重要的矫正方法进行系统介绍:①采用压力机、撑直机和各种小型号的机械施展机械力纠正焊接变形,譬如将压力机置于变形钢结构构件的两边,作为支撑点,对准构件凸出位置进行慢压,以矫正焊接的变形。②焊接完成后,发现焊接的变形,可用高温火焰反其道矫正,其原理是对钢结构焊接变形部位输入热量,在变形部位加热到塑性状态之后,产生收缩差,变形部位就会往相反方向再次发生变形。③鉴于钢结构的差异性,如果以上两种方法都不足以满足矫正焊接变形的要求,则可以综合利用两种方法。
3 结语
综上所述,钢结构的焊接容易产生变形的问题,这些问题直接影响钢结构后期使用的有效性和安全性,为了解决钢结构焊接变形的问题,我们要在分析变形成因的基础上,针对问题制定适当的变形控制措施,笔者认为一是要做好焊接前的准备工作,防止后期焊接施工的变形,二是控制好焊接施工的流程,提高焊接施工的有效性,四是进行焊接过程中变形部位的及时矫正。这样一来,就能够有效控制钢结构焊接变形情况的发生,提高焊接的质量。
参考文献
[1]濯俊峰.浅谈钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].科技创新,2012(1):230.
[2]胡松.建筑钢结构构件加工过程的质量控制[J].中国西部科技,2011(21):42-47.
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