钢结构件制作焊接变形的有效控制分析

钢结构件制作焊接变形的有效控制分析

周晓芬

(上海电力建筑工程有限公司200241)

摘要：从改革开放以来，我国钢结构件制作的相关技术和工艺就随之实现了优化变革，同时钢结构件也逐渐成为社会发展中的各项结构材料，钢结构件所拥有的韧性好、塑形条件好等优势在现代机械制造工艺中却受到了焊接变形的问题，严重影响钢结构件的应用和发展。因此实现钢结构件制作过程中出现的焊接变形危害的有效控制成为钢结构制作工艺发展的重点所在。

关键词：钢结构件；制作；焊接变形；有效控制

钢结构件主要是指将钢结构制作而成的零件材料通过焊接等方式连接成一个整体的过程，这些钢结构零件之间相互联系又相互制约牵制，组成了一个有机的整体。在实现零件材料的焊接过程中，变形问题是最大的技术短板，导致钢结构件焊接变形的机理主要由钢结构件自身的性状影响以及焊接的工艺手段影响。而具体的钢结构件的制作焊接变形的原因无非是材料、工艺手段等等，做好钢结构件制作焊接变形的有效控制仍旧是该行业的重要质量控制的内容。

一、分析钢结构件制作焊接变形机理

钢结构件制作焊接变形的机理在于钢结构件自身的特点等导致。如①是钢结构件具有较高的强度，在同样的材料中钢结构件的自身重量轻，在制作焊接过程中出现位移等现象，从而导致焊接工艺流程的变形；②是钢结构件能够承受较大的冲击力和荷载力，虽然这些性能都为钢结构件带来可靠性，但是在具体钢结构件的制作焊接中，其需要通过计算理论展开一些数据的设置和焊接管理，这就需要依靠科学准确的计算理论和计算方式，才能够实现较高水准的焊接制作，避免出现变形；③是钢结构件具有耐热不耐火性，主要表现在党钢结构表面受到150℃热辐射时，其容易出现变形，而在300℃-400℃左右，钢结构件的强度和弹性模量均下降，更容易变形。而一旦焊接的温度过高时，钢结构件的外形结构就会发生变化；④是钢结构件耐腐蚀性差，在温度较为潮湿的阶段，钢结构件外表会出现锈蚀，而此时展开焊接，其所制作而成的钢结构件外形不再符合设计标准。

可以说，造成钢结构件制作焊接变形的主要机理在于钢结构自身的性能特点，而造成焊接变形的主要原因则可以从其结构外形设计、工艺流程操作、材料质量等方面入手研究。

二、探讨钢结构件制作焊接变形成因

（1）钢结构件的结构设计所导致的焊接变形

对于钢结构件而言，其是由多个零部件按照一定的结构设计焊接而成。通过对我国钢结构件焊接的结构设计可知，钢结构件的结构设计的形式多样化，主要有下图所示：

图1-常见的钢结构件的结构类型

在现有的制作技术中，钢结构件的焊接残余应力会随着的约束度的增加而增加，而焊接残余应力则会减少钢结构件的变形，但是更多的时候，在结构的设计中，其约束度增加并未能够带动焊接残余应力的变化，如在钢筋板厚度较大较大的部位，C型钢的连接处容易出现焊接变形。

（2）钢结构件的工艺流程所导致的焊接变形

钢结构件的工艺制作流程主要是根据各种数据的计算，并且依托于焊接材料和焊接工具所展开。在不同的钢结构件中由于结构设计的要求不同，因此在焊接方法、焊接热输入量、焊接顺序等的设置具有一定的差异性，而一旦打破了这些规律和流程，将会对焊接中所产生的残余应力大小和其分布的位置产生一定的影响，继而增加焊接变形。

（3）钢结构件的原材料质量所导致的焊接变形

钢结构件制作焊接过程中的原材料除了钢材料还有各种焊接材料。而不同的材料所具有的热物理性能参数和力学性能参数都不同，如在某一焊接材料的使用中，其具的热传导系数较小，即其温度梯度就会增大，在焊接过程中越发容易出现变形。

另外还会从外部影响因素来看，导致钢结构件制作焊接变形的还有焊接机械的不科学性、焊接操作人员的技术限制或是焊接所处的环境较为恶劣等等。

总之，对于钢结构件制作焊接变形出现原因中分析，在外部影响因素较为稳定的情况下，带来制作焊接变形的主要因素有结构设计、工艺流程控制和材料质量管理。

三、钢结构件制作焊接变形的控制研究

控制钢结构件制作焊接过程中，有效控制焊接变形的措施在于做好全方位的制度建设和结构设计方案优化后，针对于常见的焊接变形的钢结构件展开材料质量的把握，结构设计的优化以及工艺流程的控制。根据相关的资料收集以及实际经验，主要是展开大型钢板拼接梁的制作焊接变形的有效控制分析，旨在能够对其他钢结构件制作焊接变形

（一）大型钢板拼接梁的制作结构和工艺流程分析

一般的大型钢板拼接梁都是拼焊成工字梁型的结构设计，其外形表现为长度长、外形较大等特点，其工艺主要为以下流程要求：①是下料，即大梁的拼版下料方式是通过数控技术展开火焰切割下料的，在切割钢板时割线的温度要控制在1500℃，而原材料其他位置的温度同室温一致，这样的温度差容易导致切割下料的钢结构出现弯曲变形。在下一阶段展开铣面加工时，则容易在下一个制作流程中，出现下挠或是上弓的现象。因此在下料工艺中，防止变形的主要手段在于对于钢板进行预热，可以采用编程共边切割的方式，减少变形；②是组对工艺。组对流程即按照结构设计对于各个钢结构材料进行焊接组装。首先需要做好组装前准备，即调节好电焊机的各项参数，把焊接平台上的杂物清理干净，然后按照结构设计内容，先进行一部分钢结构件的位置的固定，继而电焊固定在焊接平台上的结构件，利用宽座角尺进行垂直程度的测量，如果出现不垂直的现象，则利用榔头进行校正，最后才能够加固焊接。继而展开下一个部件的焊接，通过这种分流程的焊接方式，能够保证各个钢结构件的位置的准确性。③是大型钢板中的关键工艺控制。在大型钢板梁拼接制作中，工字梁焊接是主要的工艺技术，在展开工字梁的焊接中，需要注意焊接的顺序以及焊接的的控制。如下图的大梁的拼板的焊接活动。其需要实现10个零部件的焊接，在焊接过程中，需要按照以下的步骤来控制好其焊接变形问题。首先是按照设计图纸确定工字梁的焊接位置在哪里，并且利用字母标记法对于要展开焊缝的位置上标上字母，按照字母顺序展开焊接。其次在焊接中以先长缝焊接再短缝焊接的方式，这样的焊接顺序能够控制其变形参数在科学的阈值之内；最后是在工字梁的焊接中注意做好T型接头的焊接管理，三块钢板同T型焊接头结合在一起。

图2-大型梁板零部件焊接流程

（二）工字梁焊接变形的有效控制

由上文可知，工字梁焊接是钢结构件焊接常见的结构类型。因此做好工字梁的焊接变形的分析以及其有效控制，才是实现各种钢结构件制作焊接变形控制的最佳手段。

第一是要求能够掌握工字梁焊接变形的主要形式。①是局部变形。工字梁焊接的局部变形主要表现在翼板上的角变形，该变形是由于翼板同腹板之间的焊缝的横向收缩沿板厚度分布不均所导致的；同时也会出现T形接头的角变形，受到焊接规范以及焊件的刚性的参数系数变化。②是弯曲变形，主要是因为钢结构构件在实际的焊接中所出现的中心线偏离了设计时的中心线，产生上挠现象。弯曲变形产生同按揭规范和焊接构件的刚性有关，如果其刚性大于焊接过程中所产生的效应力，则两者之间的参数的差额就会带来焊接变形。③是扭曲变形，扭曲变形主要是工字梁焊接的顺序和方向同设计图不同，所导致的焊缝的角变形沿着焊缝长度分布不均匀所产生的。如工字梁本身的三个构件出现形状不规则或是防置的位置、方向错误时，就会导致扭曲变形。

第二展开工字梁焊接变形的有效控制。工字梁的焊接变形的形式主要有三种，主要可采用的有效控制手段有：①在结构设计以及下料中预留钢板的收缩量。在下料流程中，要求根据原材料的性能特点以及焊接的变形的计算，预留好钢板的收缩余量，避免出现变形；②是利用反变形的原理，减少变形。如通过计算工字梁制作焊接中所会产生的变形量，从而在制作中利用反变形原理，实现小批量的钢结构件的制作生产，确保角变形现象的减少；③优化焊接工艺，由于焊接工字梁时焊接的工艺技术，对于焊缝和变形具有较大的影响，如采用二氧化碳焊接工艺时，可以优化其焊接方式，采用对称逆向分段的焊接方式，通过在300mm之内分段进行同时施工焊接，确保其焊接的水平是一致的，且变形会被降低到最小值；④是按照不同的焊接方式实现焊接工艺的优化，如采用自动埋弧焊接时，必须能够确保先焊下翼板的二条角焊缝，其次焊接翼板角焊缝，焊缝高度越高焊接次数也越高。

结束语

综上所述，钢结构件制作焊接过程中，由于结构件设计过于复杂，其处理的工艺选择并不适用等各种各样的问题，导致整个钢结构件在制作焊接时产生气孔、夹渣等变形缺陷，这些钢结构件由于制作焊接而导致的变形问题可以从钢材、焊接材料的质量选择、焊接工艺的优化设计以及制定焊接结构的质量控制体系来加强监督审查的方式，保证钢结构件的制作和出厂质量是符合生产标准的。

参考文献：

[1]李进卫.破解建筑钢结构焊接变形的技术探讨[J].特钢技术,2016,22(01):13-18+22.

[2]王四喜.钢结构件制作焊接变形的控制与分析[J].陕西煤炭,2015,34(01):124-126.