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摘要：钢结构工程中钢结构工程技术采用以钢材制作为主，由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成；各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接的结构，焊接作为钢结构制作和连接的主要技术，已经在钢结构的工程中被广泛应用。本文对钢结构焊接变形的成因与控制策略进行研究。
关键词：钢结构焊接变形；成因；控制策略
中图分类号：TU391文献标识码： A
前言
钢结构在很多的工程施工中由于独特的优势得到了很好的应用，钢结构在进行施工的时候技术非常的成熟，而且，在进行施工的时候时间非常短，在使用方面，以后能够进行回收再利用，因此，在很多领域中都得到了很好的应用，但是，在进行钢结构安装和预制的时候也存在着很多的问题，其中非常突出的问题就是出现焊接变形的情况，这样对钢结构的外观、结构安全以及安装都有很大影响。
一、钢结构焊接质量方面存在的变形问题
1、焊接变形问题
在对钢结构进行焊接的时候，非常容易出现焊接变形的问题,如图1，主要表现形式出现收缩变形、弯曲变形以及扭曲变形的情况，出现焊接变形的问题主要和焊接过程中出现受热情况不均有很大的关系。焊接变形的出现对整个钢结构的外观形状、几何尺寸以及装配的质量都有很大关系，因此，焊接变形会导致结构的承载能力出现很大影响，这样会导致构件的质量达不到设计和使用的要求。钢结构在进行焊接的时候出现变形的情况是可以对其进行矫正的，但是，在进行矫正的时候要花费很多的时间和费用，在很多的情况下，矫正的工作量比焊接的工作量还大。因此，在出现非常严重的变形情况下，进行矫正也无法达到使用要求，通常情况下，人们的做法是将严重变形的结构进行报废处理。
图1
2、残余变形问题
钢结构施工时，进行焊接时非常有可能出现温度不均匀的问题，这样就会出现变形情况，对出现的变形情况进行矫正，在这个过程中会导致构件出现残余应力的情况。焊接温度的变化对构件的约束作用很大，这样就会出现残余应力和残余变形的情况。对多跨钢结构来说，在进行焊接的时候，要对焊接的节点进行很好的控制，这样能够更好的避免出现轴线方向上的积累情况，在焊接过程中，前一根梁出现变形的情况，后一根深也会出现很多的问题，在这种情况下，焊接缝要保证更大的宽度，这样会出现更大的残余应力和变形问题。在焊接过程中出现残余应力的情况，会导致构件的塑性强度出现很多的问题，同时，也会导致构件的刚度出现很大的变化，导致整个结构的承载能力受到很大的影响。
二、钢结构焊接变形的原因分析
1、钢结构刚性不同，焊接变形的程度不同
在相同承载力下，刚性小的钢结构焊接过程中变形程度相对较大，刚性大的钢结构变形程度较小。所以，钢结构的刚性也是影响其焊接变形程度的重要因素。施工人员应根据所要承载重力不同，来选择不同刚性的钢结构，从而尽量避免钢结构焊接变形的产生。
2、钢结构焊接时，焊缝的位置
在钢结构中有一个总焊缝，总焊缝安排的位置不同，钢结构焊接的变形程度就不相同。在焊接过程中，钢结构的重力对不同承载力的金属产生相同的压力效果。所以合理选择总焊缝的位置，如图2，将能有效的控制钢结构的焊接变形，提高焊接质量。
图2
3、温度控制不当
当温度达到金属熔点甚至高于金属熔点时，不一样的金属就会产生不同程度的膨胀。此时，整个钢结构看起来就会有一种不协调的感觉，即产生了变形。同时，一种金属达到熔点膨胀之后，这种金属本身也具有了一定的高温，会使周围的金属产生不同程度的膨胀，造成焊接变形。所以温度是引起钢结构焊接变形的一个重要因素。
4、焊接残余应力对焊接结构的影响
焊接后的残余应力和变形超过允许范围，则会使结构承受载荷的能力降低，或使其外形受到影响，主要表现为以下四方面。一是对焊接结构强度的影响。焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度。二是对构件加工尺寸精度的影响。三是对受压杆件稳定性的影响。四是对疲劳强度的影响。
三、钢结构焊接变形的控制策略
1、根据钢结构用途不同，选择合适的材料
钢结构的用途不同，他所承载的重力也会有所不同。技术人员在施工中应根据钢结构的用途选择合适的材料，根据焊缝的位置，选择不同熔点的金属，从而控制钢结构在焊接过程中由于承载力和熔点的不同产生的变形。
2、优化焊接工艺
在开展厚板焊接上都是采取的多层多道焊，通过小电流则有利于焊接变形的降低。每一次焊缝的收头需要熔至上一道焊缝顶端部位大约50 mm的地方，也就是错开50 mm，避免街头集中。在钢板两端还需要增加收弧板与引弧板。
3、采用合理的装配焊接顺序和方向减小焊接变形
一是尽可能考虑焊缝的自由收缩，对于大型结构的焊接应从中间向四周对称进行。二是收缩量大的焊缝先焊，因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，残余应力就比较小。三是采取对称焊接，对于刚性大而断面对称的构件，在施焊时可采用对称的焊接程序，这对于保证构件得到最小的弯曲变形是十分有利的。四是采用焊缝的不同焊接法，在焊接长焊缝（≥1m）时，可采用分段退焊法、跳焊法、交替焊法；对中等长度（0.5～1m）的焊缝可采用分段对称焊法。
4、锤击法减小焊接残余应力
每层焊道焊完后，立即用圆头小锤敲渣，或者用电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。
5、反变形
预先将平台钢进行装配，使得其结构能够产生同焊接形变大小相同且方向相反的反变形。通过这种焊前的设置，抵消焊后的形变。例如，在H型钢梁的上下翼板焊接中，容易产生焊后的角变形，那么可以通过在焊前将翼板反向压弯的方式抵消后期的形变。
6、进行矫正
（1）立柱校正
用鋼柱做立柱时，在钢柱通过吊装摆放好后还需要检查摆放是否到位，通过检查立柱的垂直度就可以实现，简易观察可用放吊线锤的方法，如需精确测量可使用经纬仪。如果立柱不垂直，用千斤顶将立柱倾斜的一端抬起，然后放入垫铁或铁片等，如一次不能到位，可多试几次直至将立柱调整到位，如图3，当调整到位后使用地脚螺栓压紧压死后检测钢件垂直度、高度，确认无误后在立柱脚底板下浇筑混凝土固定。
图3
（2）综合矫正法
综合矫正就是以上几种方法单独使用不能或无法完全矫正到位，需要把以上几种方法综合使用从而能够达到预期，综合矫正是通过在安装前对钢构件做一些前期准备，在施工时使用一些技巧保证安装到位以及在焊接后使用机械法和火焰矫正法共同作用，以上就是综合矫正法。
（3）火焰矫正
在翼缘板上，由于高温会造成板子产生弯曲，而要矫正这一弯曲变形只需要由中间向两端作线状加热,如图4。而当沿着一面翼缘板进行加热时可能会产生弯曲和扭曲变形，而为了避免这一情况，需采用两条加热带要同步进行的方法。这种方法在减少焊接内应力的同时还会造成翼缘板在纵向和横向同时有收缩，很难把控。
当钢结构的柱、梁、撑产生弯曲变形时，可以采用在翼缘板上作线状加热，腹板上作三角形加热的方法来消除弯曲变形，加热最好由两人同时进行从中间向两边移动移动距离一般离中间20～90mm，当翼缘板比较厚而且比较小时，加热移动的距离可以适当加大，这样就能达到解决弯曲的目的，当在翼缘板上加热完毕后再分别在腹板上作三角形加热，加热的宽度不得超过板厚的2倍。加热应从顶部开始，然后当移动到中心时再向两侧移动，按照上述方法重复直到加热到底为止。加热时要注意温度，温度不能过高否则将造成凹陷变形。
图4
结束语
焊接施工过程中，应该对钢结构焊接作业进行全面的分析，并强化焊接过程中的检查管理，以提高焊接质量，控制焊接变形，避免钢结构焊接缺陷问题的发生，提高钢结构焊接的整体施工质量。
参考文献
[1]杨德峰.浅谈钢结构焊接变形的火焰矫正方法及焊接过程的规范问题[J].黑龙江科技信息，2012，（25）.
[2]毕俊晴.浅谈钢结构焊接的相关问题与实践[J].中国石油和化工标准与质量，2012，（8）.
[3]宋广豪.钢结构焊接变形的起因及其控制方法探讨[J].门窗，2012，（10）.
关键词：钢结构焊接变形；成因；控制策略
中图分类号：TU391文献标识码： A
前言
钢结构在很多的工程施工中由于独特的优势得到了很好的应用，钢结构在进行施工的时候技术非常的成熟，而且，在进行施工的时候时间非常短，在使用方面，以后能够进行回收再利用，因此，在很多领域中都得到了很好的应用，但是，在进行钢结构安装和预制的时候也存在着很多的问题，其中非常突出的问题就是出现焊接变形的情况，这样对钢结构的外观、结构安全以及安装都有很大影响。
一、钢结构焊接质量方面存在的变形问题
1、焊接变形问题
在对钢结构进行焊接的时候，非常容易出现焊接变形的问题,如图1，主要表现形式出现收缩变形、弯曲变形以及扭曲变形的情况，出现焊接变形的问题主要和焊接过程中出现受热情况不均有很大的关系。焊接变形的出现对整个钢结构的外观形状、几何尺寸以及装配的质量都有很大关系，因此，焊接变形会导致结构的承载能力出现很大影响，这样会导致构件的质量达不到设计和使用的要求。钢结构在进行焊接的时候出现变形的情况是可以对其进行矫正的，但是，在进行矫正的时候要花费很多的时间和费用，在很多的情况下，矫正的工作量比焊接的工作量还大。因此，在出现非常严重的变形情况下，进行矫正也无法达到使用要求，通常情况下，人们的做法是将严重变形的结构进行报废处理。
图1
2、残余变形问题
钢结构施工时，进行焊接时非常有可能出现温度不均匀的问题，这样就会出现变形情况，对出现的变形情况进行矫正，在这个过程中会导致构件出现残余应力的情况。焊接温度的变化对构件的约束作用很大，这样就会出现残余应力和残余变形的情况。对多跨钢结构来说，在进行焊接的时候，要对焊接的节点进行很好的控制，这样能够更好的避免出现轴线方向上的积累情况，在焊接过程中，前一根梁出现变形的情况，后一根深也会出现很多的问题，在这种情况下，焊接缝要保证更大的宽度，这样会出现更大的残余应力和变形问题。在焊接过程中出现残余应力的情况，会导致构件的塑性强度出现很多的问题，同时，也会导致构件的刚度出现很大的变化，导致整个结构的承载能力受到很大的影响。
二、钢结构焊接变形的原因分析
1、钢结构刚性不同，焊接变形的程度不同
在相同承载力下，刚性小的钢结构焊接过程中变形程度相对较大，刚性大的钢结构变形程度较小。所以，钢结构的刚性也是影响其焊接变形程度的重要因素。施工人员应根据所要承载重力不同，来选择不同刚性的钢结构，从而尽量避免钢结构焊接变形的产生。
2、钢结构焊接时，焊缝的位置
在钢结构中有一个总焊缝，总焊缝安排的位置不同，钢结构焊接的变形程度就不相同。在焊接过程中，钢结构的重力对不同承载力的金属产生相同的压力效果。所以合理选择总焊缝的位置，如图2，将能有效的控制钢结构的焊接变形，提高焊接质量。
图2
3、温度控制不当
当温度达到金属熔点甚至高于金属熔点时，不一样的金属就会产生不同程度的膨胀。此时，整个钢结构看起来就会有一种不协调的感觉，即产生了变形。同时，一种金属达到熔点膨胀之后，这种金属本身也具有了一定的高温，会使周围的金属产生不同程度的膨胀，造成焊接变形。所以温度是引起钢结构焊接变形的一个重要因素。
4、焊接残余应力对焊接结构的影响
焊接后的残余应力和变形超过允许范围，则会使结构承受载荷的能力降低，或使其外形受到影响，主要表现为以下四方面。一是对焊接结构强度的影响。焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度。二是对构件加工尺寸精度的影响。三是对受压杆件稳定性的影响。四是对疲劳强度的影响。
三、钢结构焊接变形的控制策略
1、根据钢结构用途不同，选择合适的材料
钢结构的用途不同，他所承载的重力也会有所不同。技术人员在施工中应根据钢结构的用途选择合适的材料，根据焊缝的位置，选择不同熔点的金属，从而控制钢结构在焊接过程中由于承载力和熔点的不同产生的变形。
2、优化焊接工艺
在开展厚板焊接上都是采取的多层多道焊，通过小电流则有利于焊接变形的降低。每一次焊缝的收头需要熔至上一道焊缝顶端部位大约50 mm的地方，也就是错开50 mm，避免街头集中。在钢板两端还需要增加收弧板与引弧板。
3、采用合理的装配焊接顺序和方向减小焊接变形
一是尽可能考虑焊缝的自由收缩，对于大型结构的焊接应从中间向四周对称进行。二是收缩量大的焊缝先焊，因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，残余应力就比较小。三是采取对称焊接，对于刚性大而断面对称的构件，在施焊时可采用对称的焊接程序，这对于保证构件得到最小的弯曲变形是十分有利的。四是采用焊缝的不同焊接法，在焊接长焊缝（≥1m）时，可采用分段退焊法、跳焊法、交替焊法；对中等长度（0.5～1m）的焊缝可采用分段对称焊法。
4、锤击法减小焊接残余应力
每层焊道焊完后，立即用圆头小锤敲渣，或者用电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。
5、反变形
预先将平台钢进行装配，使得其结构能够产生同焊接形变大小相同且方向相反的反变形。通过这种焊前的设置，抵消焊后的形变。例如，在H型钢梁的上下翼板焊接中，容易产生焊后的角变形，那么可以通过在焊前将翼板反向压弯的方式抵消后期的形变。
6、进行矫正
（1）立柱校正
用鋼柱做立柱时，在钢柱通过吊装摆放好后还需要检查摆放是否到位，通过检查立柱的垂直度就可以实现，简易观察可用放吊线锤的方法，如需精确测量可使用经纬仪。如果立柱不垂直，用千斤顶将立柱倾斜的一端抬起，然后放入垫铁或铁片等，如一次不能到位，可多试几次直至将立柱调整到位，如图3，当调整到位后使用地脚螺栓压紧压死后检测钢件垂直度、高度，确认无误后在立柱脚底板下浇筑混凝土固定。
图3
（2）综合矫正法
综合矫正就是以上几种方法单独使用不能或无法完全矫正到位，需要把以上几种方法综合使用从而能够达到预期，综合矫正是通过在安装前对钢构件做一些前期准备，在施工时使用一些技巧保证安装到位以及在焊接后使用机械法和火焰矫正法共同作用，以上就是综合矫正法。
（3）火焰矫正
在翼缘板上，由于高温会造成板子产生弯曲，而要矫正这一弯曲变形只需要由中间向两端作线状加热,如图4。而当沿着一面翼缘板进行加热时可能会产生弯曲和扭曲变形，而为了避免这一情况，需采用两条加热带要同步进行的方法。这种方法在减少焊接内应力的同时还会造成翼缘板在纵向和横向同时有收缩，很难把控。
当钢结构的柱、梁、撑产生弯曲变形时，可以采用在翼缘板上作线状加热，腹板上作三角形加热的方法来消除弯曲变形，加热最好由两人同时进行从中间向两边移动移动距离一般离中间20～90mm，当翼缘板比较厚而且比较小时，加热移动的距离可以适当加大，这样就能达到解决弯曲的目的，当在翼缘板上加热完毕后再分别在腹板上作三角形加热，加热的宽度不得超过板厚的2倍。加热应从顶部开始，然后当移动到中心时再向两侧移动，按照上述方法重复直到加热到底为止。加热时要注意温度，温度不能过高否则将造成凹陷变形。
图4
结束语
焊接施工过程中，应该对钢结构焊接作业进行全面的分析，并强化焊接过程中的检查管理，以提高焊接质量，控制焊接变形，避免钢结构焊接缺陷问题的发生，提高钢结构焊接的整体施工质量。
参考文献
[1]杨德峰.浅谈钢结构焊接变形的火焰矫正方法及焊接过程的规范问题[J].黑龙江科技信息，2012，（25）.
[2]毕俊晴.浅谈钢结构焊接的相关问题与实践[J].中国石油和化工标准与质量，2012，（8）.
[3]宋广豪.钢结构焊接变形的起因及其控制方法探讨[J].门窗，2012，（10）.