淺析防治鋼結(jié)構(gòu)建筑焊接變形的施工工藝

趙小慧;趙明華

摘要:建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、外形豐富、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用范圍廣泛。自20世紀(jì)80年代以來,中國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)得到了空前的發(fā)展,高層鋼結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)如雨后春筍。焊接作為構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)的一種主要連接方法,在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等學(xué)科迅猛發(fā)展的今天,隨著新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝的不斷涌現(xiàn),在我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì),約50%以上的鋼材在投入使用前需要經(jīng)過焊接加工處理。因此,焊接水平的提高是實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)快速發(fā)展和確保建筑鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

Abstract: Steel structure has the advantage of light weight, short construction period, strong adaptability and rich in appearance, convenient maintenance, etc., so it is widely used. Since from the 80 years of the 20th century, Chinese construction steal has experienced unprecedented development. High-rise steel structure, space steel structure, bridge steel structure, light steel and residential steel spring up quickly. Now physics, chemistry, metallurgy, materials, electronics, computers, automatic control disciplines are all developed quickly. Construction of welded steel, as a main connection method, has played a more import role in the steal structure construction with the emerging of new technology、new material、new equipment and new techniques. According to the statistics, about 50% of the steal needs welding processing before using. Thus, raising the level of welding steel structure technology is the key to achieve rapid development and to ensure the construction quality.

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);焊接;變形

Key words: steal structure; welding; deformation

中圖分類號(hào):TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)04-0205-01

作為鋼結(jié)構(gòu)制作和連接的主要技術(shù),焊接已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝工藝之中。然而,焊接中產(chǎn)生的變形問題不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能,如果嚴(yán)重的話甚至?xí)?dǎo)致焊件報(bào)廢,給企業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失。特別是在大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)中,這一問題表現(xiàn)得尤其突出。有鑒于此,必須對(duì)焊接變形不同類型和原因進(jìn)行全面分析,并采取有力措施控制焊接變形量,以確保不斷提高生產(chǎn)效率和鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量,降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1焊接變形的基本類型分析和原因分析

1.1 焊接變形的基本類型所謂焊接變形是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中,由于施焊電弧高溫引起的變形,以及焊接完成后在構(gòu)件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類變形中,焊接殘余變形是影響焊接質(zhì)量的主要因素,也是破壞性最強(qiáng)的變形類型。焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的不同層次的影響分為整體變形和局部變形;根據(jù)變形的不同特點(diǎn)則可分為:角變形、彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯(cuò)邊變形。在這些變形類型中,角變形和波浪變形屬于局部變形,而其他類型的變形屬于整體變形。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較多的變形類型是整體變形。

1.2 焊接變形產(chǎn)生的原因分析鋼結(jié)構(gòu)剛度:剛度是指結(jié)構(gòu)體對(duì)拉伸方向和彎曲變形的抵抗能力。鋼結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于結(jié)構(gòu)截面形狀和尺寸的大小。例如,工字鋼截面和縱向桁架變形量,主要取決于其橫截面面積的弦桿截面大小的部分。再如,工字型、丁字型或其他形狀的型鋼的彎曲變形量主要取決于截面的抗彎剛度。焊接連接縫位置和數(shù)量:當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)剛度不足時(shí),在設(shè)計(jì)焊接連接縫位置和數(shù)量時(shí),應(yīng)在結(jié)構(gòu)體對(duì)稱安排,且焊接順序是合理的,構(gòu)件只能產(chǎn)生線性變形;當(dāng)焊縫為不對(duì)稱的安排,產(chǎn)生的多為彎曲變形。焊接工藝:焊接電流偏大、焊條直徑較粗,使得焊接速度緩慢,可能導(dǎo)致焊接變形大;厚鋼板焊接時(shí),手工焊接方法比自動(dòng)焊接方法引起的變形量較小;采用多層焊接工藝時(shí),首層的焊縫收縮變形最大,第二和第三層焊接變形量分別是首層的20%和5%、10%。也就是說,多層焊接的層數(shù)越多,焊接變形越明顯;斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量小;對(duì)接式焊縫的橫向收縮變形量比縱向收縮變形量大2至4倍;焊接順序不當(dāng)或在沒有焊接妥當(dāng)分部構(gòu)件時(shí)就進(jìn)行整體組裝焊接,很容易產(chǎn)生焊接變形。因此,為了防治焊接變形,在焊接施工過程中必須制訂合理的工藝措施。

2鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治

2.1 焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)①控制焊縫的數(shù)量和大小。鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量多、尺寸大,焊接時(shí)的熱輸入量也更多,造成的焊接變形也更大。因此,在鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)設(shè)法控制焊縫的數(shù)量和大小,盡可能減少焊接變形。②根據(jù)焊接工藝選擇適合的焊縫坡口的形狀和尺寸。對(duì)焊縫坡口形成與大小合理的選擇應(yīng)能夠確保鋼結(jié)構(gòu)整體的承載能力充分。適當(dāng)?shù)钠驴谛螤詈痛笮?可以通過減少截面積,進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形量。③焊接節(jié)點(diǎn)的位置應(yīng)處于構(gòu)件截面的對(duì)稱處。結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點(diǎn)的位置應(yīng)盡可能在構(gòu)件截面的中性軸對(duì)稱位置,或盡量接近中性軸,同時(shí)應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)。④對(duì)于節(jié)點(diǎn)形式的選擇,應(yīng)選用剛性小的節(jié)點(diǎn)形式。節(jié)點(diǎn)應(yīng)避免在雙向、三向交叉處,這樣避免由于焊縫集中而導(dǎo)致的高溫和焊縫應(yīng)力集中,從而減少焊接變形。

2.2工藝措施①組裝和焊接順序。鋼結(jié)構(gòu)的制作、組裝應(yīng)該在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的水平面上進(jìn)行。該平臺(tái)應(yīng)確保所受的自重壓力的程度足夠大,不會(huì)出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象,以滿足構(gòu)件組裝的基本要求。在焊接小型構(gòu)件時(shí)可一次完成,即在焊接固定好位置后,用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結(jié)構(gòu)組裝與焊接需要先將小件組焊接完畢,然后再進(jìn)行最后的組裝和焊接。在進(jìn)行部件組裝時(shí),為了防止組裝過程中產(chǎn)生過度的應(yīng)力和變形,應(yīng)該使不同型號(hào)的零配件符合構(gòu)件規(guī)定的規(guī)格、形狀大小和樣板的要求,并且組裝時(shí)不能有較大外力強(qiáng)制拼裝,以防止零部件過度焊接應(yīng)力和較大約束力帶來的變形。此外,組裝與焊接過程中應(yīng)使焊接接頭熱量均勻,消除應(yīng)力并減少變形;焊縫應(yīng)做到對(duì)接間隙、坡口角度、搭接長(zhǎng)度和T形貼角的尺寸無誤,且形式、大小應(yīng)與構(gòu)件的設(shè)計(jì)和焊接規(guī)范一致。②反變形。由于在冷卻過程中焊縫會(huì)產(chǎn)生收縮反應(yīng),減少了工件焊接后的尺寸。針對(duì)這個(gè)問題,為了彌補(bǔ)熱脹冷縮帶來的變形,在大型構(gòu)件焊接時(shí)常用反變形的方法。反變形方法是在進(jìn)行焊接前使構(gòu)件預(yù)先發(fā)生變形,使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。例如,為了防止工字鋼梁上下蓋板的焊接角變形,可以在焊前用油壓機(jī)或折邊機(jī)在相反方向預(yù)先壓彎蓋板。③焊件夾具。大型結(jié)構(gòu)件在焊接接頭時(shí)各個(gè)工件和零件在自重和焊接應(yīng)力的作用下,要想使其位置固定是比較困難的。所以,每件焊接工件和零件除了要用焊接平臺(tái)固定位置外,還需要用焊件夾具有效地夾緊,以便防止工件發(fā)生變形。

3結(jié)束語(yǔ)

在大多數(shù)的情況下,通過采取適當(dāng)?shù)暮附庸?jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)措施和技術(shù)措施,可以有效地控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形,以達(dá)到確保工程質(zhì)量的目的。但由于材料、結(jié)構(gòu)以及焊接施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素的復(fù)雜多變,還應(yīng)該在實(shí)踐中不斷總結(jié)和積累焊接經(jīng)驗(yàn),提高控制焊接應(yīng)力和焊接變形技術(shù)水平。