对钢结构焊接变形的控制和矫正.pdf

山西冶日 SHANXI METAlJ IR(；Y Total 139 No．5，2012 文章编号：1672—1152(2012)05-0078--02 对钢结构焊接变形的控制和矫正 粱晋平 (山西冶建建设工程有限公司， 山西临汾041000) 摘要：对几种常见的焊接变形进行了分析，同时介绍了控制和矫正焊接变形的常用方法。据此提高钢结构的 加工质量。 关键词：焊接变形钢结构控制变形变形矫正 中图分类号：TG441．4 文献标识码：B 收稿日期：2012-05-14 钢结构是由型钢和钢板等钢材经焊、铆或螺栓 连接而形成的一种结构。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。但是，由于固体具有在外力作 用下改变形状的基本性质，钢结构普遍存在着变形问 题。这些变形问题可分为两种基本形式：不同轴向的 弯曲和一些扭转变形。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 化工艺来减少和避免。 1常见的焊接变形 焊接是一种不均匀的热过程，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，焊接 是钢结构发生变形的一种主要因素。焊接变形有以 下几种基本形式： 1)纵向变形。在钢板冷却的过程中，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。 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)弯曲变形。弯曲变形在焊接中常出现的现象， 它对结构的影响较大。钢材的纵向收缩与横向收缩 都会产生弯曲变形。就是T形梁，翼缘板很厚，而腹 板很薄时，也会产生特殊的弯曲变形。 4)角变形。对较厚钢板进行单面焊接时，焊接 的这一侧温度高，背面温度低，这样在冷却时，焊接 作者简介：梁晋平(1964一)，男，山西冶建建设工程有 限公司，工程师。Tel：0357—2285239，E—mail：SXYJ2285239@ 163．c0m 的一侧收缩较大。加热区在横向上的收缩，就引起了 相对角度变化的角变形。 5)波浪变形。也叫做褶皱变形，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，应力较大时，薄钢板就无法维持稳定 出现褶皱。 6)扭曲变形。扭曲变形的产生原因很多，它是 一个复杂的过程。主要表现是横断面发生了扭转。 2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。 2．1设计合理的焊缝 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，也就是说，焊缝与钢件强 度要相当。对于不同功能的焊缝要区别对待，受力焊 缝是主要承受传力的焊缝，强度要高；缀连焊缝主要 起连接作用，它的应力可忽略不计，不过抗裂能力和 延展性能要求较高，因此强度可适当减小，韧性适当 提高。 从尺寸上说，焊缝的尺寸不宜过大。因为过大的 尺寸增加了焊接变形，也增大了工作量。所以，在保 证强度的前提下，应尽量减小焊缝尺寸。对于T型接 头，以使用开坡口焊接接头为宜。 优化焊缝的布局，可以减少变形，主要注意以下 几点：焊缝布置要对称，焊缝长度要减小，焊缝布局 不宜过分密集，对于互相平行的焊缝要保证距离，最 后，要结合情况采用不同的坡口【．-。 2．2焊接的准备工作 钢件不能随意摆放，要平整的放置。要为钢件提 供数量足够，位置合理的支撑点。否则，焊接过程中 钢件的自重会引起变形。为了补偿焊机后的收缩，放 2012年第5期 梁晋平：对钢结构焊接变形的控制和矫正 样和下料必须要留出余量，余量大小视工艺和情况 而定。 2．3合理的装配和焊接J顷序 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[ 。 对称的焊件具有对称分布的焊缝，对称焊接可 以将焊接变形互相抵消和简化。但是由于焊接顺序 依然是有先有后的，先期的焊缝变形大，后期的焊缝 变形小，这样对称焊接依然会产生变形，所以，焊接 顺序不能随便安排。在焊接过程中，对称的构件要先 装配好，再由成对的焊工对应的同时焊接。有些钢结 构很难同时对称的焊接，此时，只能将焊缝先后焊 接，不过依然可以通过顺序的合理安排减少变形。 对于焊缝不对称的结构，保证焊缝少的一侧先 焊，焊缝多的一侧后焊，这样就仍然可以通过焊接顺 序的合理安排来减少形变。 2．4选择合理的焊接工艺 焊接时能量越小，焊接后变形就越小，因此，要 尽量用多层焊、小焊条，电流、速度要控制得当…。焊 接钢件时，先焊短缝后焊长缝，先焊立角焊后焊平角 焊，先焊对接缝后焊角接缝；先纵后横，先内后外，先 中后边。长焊缝采取断续焊，1 111左右的焊缝用分中 对称焊法，1．5 111以上采取逐步退焊法和跳焊法等。 采取断续焊法时，由于焊接接头比较多，易产生缺 陷，要仔细操作，保证质量。 2-5适当应用预热法 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。这样能减少焊接应力，预防变 形。预热温度视焊件而定，一般在80～200 o(=。 2．6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，这样，构件在受热时与冷 却时收到约束，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10 mm以下的薄板。常用 的几种刚性固定法有卡具夹紧法，定位焊固法胎具 焊接法和局部加固法。 3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加工法和热加 工法两种。 1)冷加工法也叫机械矫正法，是使用机械力的 作用，对焊接变形进行矫正，一般适用于小尺寸焊件 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。矫正时，先将焊件固定在支撑之间，再 对构件施加与焊接变形方向相反的力，使其产生相 反的塑性变形，补偿原来的变形即可。注意，冷加工 法不适用于脆性倾向较大的钢材料。 2)热加工法也叫火焰矫正法，是利用火焰的温 度对钢材局部进行加热，在其冷却时，产生新的局部 形变，从而抵消旧的形变，达到矫正的目的。正确的 选取加热位置，温度以及冷却时间可以获得很好的 矫正效果。加热温度越高，矫正能力越强大，加热温 度越低，矫正能力越弱，要结合实际情况合理选择加 热温度，一般应控制在600℃到800℃之间，不超 过900℃，常使用气焊焊炬加热。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10 n'lln到30 InlTl之间，相互 距离一般为50—100 mill，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，具体应用时应酣隋选择。三角形加热主 要用于工资钢梁和框架结构的弯曲变形。 4结语 总结了施工中钢结构焊接变形的主要种类，控 制要点和矫正方法，这些经验在过去的几次大型钢 结构工程中起到了很好的预防和指导作用。钢结构 的焊接形变在工程中经常发生，且影响质量，危害很 大，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， 199o． [2] 陈志华．建筑钢结构设计[M]．天津：天津大学出版社，2004． [3]刘庆格，尹彦强．浅谈对钢结构焊接变形的控制[J]．河北建筑 工程学院学报，2OO4，22(2)：54-55． (编辑：苗运平)