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【摘要】本论文通过分析建筑钢结构焊接变形的原因，提出了建筑钢结构焊接变形相关控制措施。钢铁工业的发展，使建筑钢结构得到了广泛应用，对焊接设备和焊接方法提出了更高的要求，如何提升现有的焊接技术成了一个重要的课题。因此，分析焊接变形的各方面因素，采取适当措施控制焊接变形，对于保证建筑钢结构工程质量、提高生产效率具有重要意义。
【关键词】建筑钢结构焊接变形控制措施
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
一、建筑钢结构焊接变形的形式及变形因素
1.焊接残余变形按其对整个结构影响程度不同，可分为整体变形和局部变形; 按其特征可分为: 收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等。在这些焊接残余变形中，角变形和波浪变形属于结构局部变形，其它的属于结构整体变形。而建筑钢结构最多发生的是结构整体焊接变形。
2.在建筑钢结构焊接生产中，只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理的措施来控制建筑钢结构焊接变形。影响建筑钢结构焊接变形的因素:①钢结构组成的基本构件应完全达到该构件的技术要求和形位公差，但有些构件制造就没有达到要求，形成钢结构各构件组装焊接后先天性的超差。②钢结构各构件整体组装研配控制不严，如间隙过大，焊接时易引起较大的变形。③焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。④组装焊接施工中，焊缝坡口形式，焊接次序，焊接方法，焊接规范，焊缝的位置、尺寸及数量等选择不当，钢结构的热物理性能、自重、形状及尺寸等不同，都会引起钢结构焊接变形。
二、建筑钢结构焊接变形的控制措施
1.在建筑钢结构焊接节点构造设计时，应注意以下几点:①焊缝位置应避开高应力区: 焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊缝裂纹。②焊缝位置应对称于构件截面的中性轴:焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。③尽量减少焊缝的数量、尺寸: 钢结构中焊缝数量越多、尺寸越大，焊接热源对结构的热输入就越大，产生的焊接变形也就越大。因此在设计钢结构节点构造时，应力求减少焊缝数量和尺寸。④采用刚性较小的节点形式，避免焊缝集中和双向、三向相交: 这样可减小焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力，从而减小焊接变形。⑤便于焊接操作，避免在仰焊位置施焊: 在建筑钢结构加工制作时，应尽量避免将焊缝置于仰焊位置施焊，以利于操作和保证焊接质量。无法避免时，应要求焊工掌握全位置焊接的操作技能。⑥不同的建筑钢结构节点形式，对焊缝设置: 应有不同的要求。例如，焊接组合箱形梁、柱的纵向角焊缝，宜采用全焊透 (应采用垫板单面焊) 或部分焊透的对接与角接组合焊缝; 箱形梁与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝。
2.不同的节点构造及焊缝形式，采取适当的焊接工艺措施。
2.1 采用合理的装配－焊接顺序:①应将钢结构尽可能先装配成整体再焊接。这样可增大钢结构焊接时的刚性，以减少变形。以工字梁为例，先整体装配再焊接，其焊后的上拱弯曲变形，要比边装边焊顺序所产生的弯曲变形小得多。②对称焊缝应采用对称焊接法。一般先焊的焊缝由于结构刚度较小易使结构产生变形。所以，对截面形状、焊缝布置均匀对称的钢结构件，应采用对称焊接施工。③不对称焊缝应先焊缝少的一侧。对于不对称焊缝的钢结构，应先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧。这样可使后焊的变形足以抵消先焊一侧的变形，以减少结构总体变形。④采用不同的焊接顺序控制焊接变形。对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊改成分段焊，并适当地改变焊接方向，可使局部焊缝造成的变形适当减少或相互抵消，以减少结构总体变形。
2.2 反变形: 焊前将建筑钢结构装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，为了防止工字梁上下盖板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其盖板预先反向压弯(如右图所示)。
2.3 刚性固定: 是焊接时在没有反变形的情况下，利用外加刚度约束来固定构件，限制其焊接变形的方法。例如，可采用装焊胎卡具等增加钢结构在焊接时的刚度，以减小变形。
2.4 热平衡法: 对于某些焊缝不对称布置的建筑钢结构，焊后往往会产生弯曲变形。如果在结构上与焊缝对称的位置上采用气体火焰与焊缝同步加热，只要加热的工艺参数选择适当，就可以减少或防止结构弯曲变形。
2.5 合理地选择焊接方法和焊接工艺参数选用热量集中、热影响区较窄的 CO2气体保护焊、MAG 焊、等离子弧焊等焊接方法代替气焊、焊条电弧焊，可减小建筑钢结构焊接变形; 选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减小钢结构受热范围，从而减小焊接变形。
2.6 提高建筑钢结构板材平整度和构件组装精度: 对于较长建筑钢结构的扭曲，主要靠提高钢结构板材平整度和构件组装精度，来使坡口角度和间隙准确，电弧的指向对中准确，以使焊缝角变形和翼板及腹板纵向变形值与钢结构长度方向一致，以减小钢结构的扭曲变形。
3.控制建筑钢结构焊接变形的焊接施工管理措施。要控制建筑钢结构焊接变形，还必须采取以下焊接施工管理措施:①焊接人员，必须经过专门技术培训，取得相应资格证书，并应具有一定焊接实践经验和技术水平，方能持证上岗。②建筑钢结构焊接人员应加强責任心，根据设计图样和焊接工艺评定指导书中的规定精心组织和施焊。③建筑钢结构工程焊接制作与安装单位应具有国家认可的企业资质、焊接质量管理体系、符合要求的焊接方法、设备、人员等条件，以最佳的焊接质量为建筑钢结构的建造做出贡献。
三、结束语
由于影响建筑钢结构焊接变形的因素较多，钢结构有时出现焊接变形是难以避免的。因此在建筑钢结构制造与安装中，焊后对钢结构焊接变形的矫正 (机械矫正或火焰矫正) 也是一种必不可少的工艺措施。综上所述，在施工过程中一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，使建筑钢结构焊接变形得到了有效地控制，达到保证工程结构质量的目的。
参考文献:
［1］吴成材、刘景凤等 《建筑钢结构焊接技术》
［2］付荣柏《焊接变形的控制与矫正》
［3］李彤彤《浅析钢结构主梁焊接的质量控制》
［4］杨鑫《如何控制钢结构焊接的变形》
【关键词】建筑钢结构焊接变形控制措施
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
一、建筑钢结构焊接变形的形式及变形因素
1.焊接残余变形按其对整个结构影响程度不同，可分为整体变形和局部变形; 按其特征可分为: 收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等。在这些焊接残余变形中，角变形和波浪变形属于结构局部变形，其它的属于结构整体变形。而建筑钢结构最多发生的是结构整体焊接变形。
2.在建筑钢结构焊接生产中，只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理的措施来控制建筑钢结构焊接变形。影响建筑钢结构焊接变形的因素:①钢结构组成的基本构件应完全达到该构件的技术要求和形位公差，但有些构件制造就没有达到要求，形成钢结构各构件组装焊接后先天性的超差。②钢结构各构件整体组装研配控制不严，如间隙过大，焊接时易引起较大的变形。③焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。④组装焊接施工中，焊缝坡口形式，焊接次序，焊接方法，焊接规范，焊缝的位置、尺寸及数量等选择不当，钢结构的热物理性能、自重、形状及尺寸等不同，都会引起钢结构焊接变形。
二、建筑钢结构焊接变形的控制措施
1.在建筑钢结构焊接节点构造设计时，应注意以下几点:①焊缝位置应避开高应力区: 焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊缝裂纹。②焊缝位置应对称于构件截面的中性轴:焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。③尽量减少焊缝的数量、尺寸: 钢结构中焊缝数量越多、尺寸越大，焊接热源对结构的热输入就越大，产生的焊接变形也就越大。因此在设计钢结构节点构造时，应力求减少焊缝数量和尺寸。④采用刚性较小的节点形式，避免焊缝集中和双向、三向相交: 这样可减小焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力，从而减小焊接变形。⑤便于焊接操作，避免在仰焊位置施焊: 在建筑钢结构加工制作时，应尽量避免将焊缝置于仰焊位置施焊，以利于操作和保证焊接质量。无法避免时，应要求焊工掌握全位置焊接的操作技能。⑥不同的建筑钢结构节点形式，对焊缝设置: 应有不同的要求。例如，焊接组合箱形梁、柱的纵向角焊缝，宜采用全焊透 (应采用垫板单面焊) 或部分焊透的对接与角接组合焊缝; 箱形梁与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝。
2.不同的节点构造及焊缝形式，采取适当的焊接工艺措施。
2.1 采用合理的装配－焊接顺序:①应将钢结构尽可能先装配成整体再焊接。这样可增大钢结构焊接时的刚性，以减少变形。以工字梁为例，先整体装配再焊接，其焊后的上拱弯曲变形，要比边装边焊顺序所产生的弯曲变形小得多。②对称焊缝应采用对称焊接法。一般先焊的焊缝由于结构刚度较小易使结构产生变形。所以，对截面形状、焊缝布置均匀对称的钢结构件，应采用对称焊接施工。③不对称焊缝应先焊缝少的一侧。对于不对称焊缝的钢结构，应先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧。这样可使后焊的变形足以抵消先焊一侧的变形，以减少结构总体变形。④采用不同的焊接顺序控制焊接变形。对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊改成分段焊，并适当地改变焊接方向，可使局部焊缝造成的变形适当减少或相互抵消，以减少结构总体变形。
2.2 反变形: 焊前将建筑钢结构装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，为了防止工字梁上下盖板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其盖板预先反向压弯(如右图所示)。
2.3 刚性固定: 是焊接时在没有反变形的情况下，利用外加刚度约束来固定构件，限制其焊接变形的方法。例如，可采用装焊胎卡具等增加钢结构在焊接时的刚度，以减小变形。
2.4 热平衡法: 对于某些焊缝不对称布置的建筑钢结构，焊后往往会产生弯曲变形。如果在结构上与焊缝对称的位置上采用气体火焰与焊缝同步加热，只要加热的工艺参数选择适当，就可以减少或防止结构弯曲变形。
2.5 合理地选择焊接方法和焊接工艺参数选用热量集中、热影响区较窄的 CO2气体保护焊、MAG 焊、等离子弧焊等焊接方法代替气焊、焊条电弧焊，可减小建筑钢结构焊接变形; 选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减小钢结构受热范围，从而减小焊接变形。
2.6 提高建筑钢结构板材平整度和构件组装精度: 对于较长建筑钢结构的扭曲，主要靠提高钢结构板材平整度和构件组装精度，来使坡口角度和间隙准确，电弧的指向对中准确，以使焊缝角变形和翼板及腹板纵向变形值与钢结构长度方向一致，以减小钢结构的扭曲变形。
3.控制建筑钢结构焊接变形的焊接施工管理措施。要控制建筑钢结构焊接变形，还必须采取以下焊接施工管理措施:①焊接人员，必须经过专门技术培训，取得相应资格证书，并应具有一定焊接实践经验和技术水平，方能持证上岗。②建筑钢结构焊接人员应加强責任心，根据设计图样和焊接工艺评定指导书中的规定精心组织和施焊。③建筑钢结构工程焊接制作与安装单位应具有国家认可的企业资质、焊接质量管理体系、符合要求的焊接方法、设备、人员等条件，以最佳的焊接质量为建筑钢结构的建造做出贡献。
三、结束语
由于影响建筑钢结构焊接变形的因素较多，钢结构有时出现焊接变形是难以避免的。因此在建筑钢结构制造与安装中，焊后对钢结构焊接变形的矫正 (机械矫正或火焰矫正) 也是一种必不可少的工艺措施。综上所述，在施工过程中一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，使建筑钢结构焊接变形得到了有效地控制，达到保证工程结构质量的目的。
参考文献:
［1］吴成材、刘景凤等 《建筑钢结构焊接技术》
［2］付荣柏《焊接变形的控制与矫正》
［3］李彤彤《浅析钢结构主梁焊接的质量控制》
［4］杨鑫《如何控制钢结构焊接的变形》