鋼結(jié)構(gòu)件制作焊接變形的控制探究

東麗娜

摘 要：焊接屬于鋼結(jié)構(gòu)的主要制作方式，但是因?yàn)楹附尤菀装l(fā)生變形，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的構(gòu)件質(zhì)量，所以如何通過焊接變形規(guī)律對(duì)結(jié)構(gòu)變形的問題進(jìn)行處理，逐漸成為鋼結(jié)構(gòu)的制作難點(diǎn)與重點(diǎn)。本文分析了鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的主要原因，并提出了有效的控制措施，以期對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的變形問題進(jìn)行控制。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；控制對(duì)策

1 影響焊接發(fā)生變形的主要因素

1.1 工藝因素

通常情況下，焊接工藝對(duì)焊接的變形影響有很多方面，如夾具應(yīng)用、焊接的方法、焊接的工裝、焊接的熱輸入量與構(gòu)件固定的方式等。而在多種工藝因素中，影響最嚴(yán)重的就是焊接的順序，通過改變焊接順序，就能改變殘余應(yīng)力狀態(tài)以及分布情況 [1]。

1.2 材料因素

材料對(duì)焊接變形的影響，既與焊接材料密切相關(guān)，又與母材相關(guān)，其中材料力學(xué)性能和熱物理的性能參數(shù)都會(huì)影響焊接變形生產(chǎn)的過程。熱物理的性能參數(shù)影響一般在熱傳導(dǎo)的系數(shù)方面有所呈現(xiàn)，熱傳導(dǎo)的系數(shù)愈小，其溫度梯度就會(huì)愈大，導(dǎo)致焊接變形顯著；而力學(xué)的性能對(duì)焊接變形的影響相對(duì)復(fù)雜，主要體現(xiàn)在熱膨脹系數(shù)方面，熱膨脹的系數(shù)加大，焊接變形就會(huì)增加。

1.3 結(jié)構(gòu)因素

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)焊接的變形影響較為關(guān)鍵，并且相對(duì)復(fù)雜?？傮w的原則是拘束度增加，會(huì)導(dǎo)致殘余的焊接應(yīng)力隨之增加，減少焊接變形，如果拘束度出現(xiàn)較大變化，就會(huì)加大鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊接變形控制和分析難度。

2 控制鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要措施

2.1 防止工字梁焊接變形的方式

防止工字梁焊接變形的主要措施是對(duì)收縮量進(jìn)行預(yù)留，選取表面平直與合格材質(zhì)的鋼板料，在下料時(shí)需要對(duì)鋼接受的收縮余量進(jìn)行考慮，盡可能反變形。在大批量地制作與生產(chǎn)工字梁時(shí)，一般不會(huì)使用反變形，但在小批量的生產(chǎn)中使用反變形可以將變形減小，避免發(fā)生角變形的情況。此外，由于工字梁焊接長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，工藝好壞會(huì)直接決定工字梁變形與焊縫的發(fā)生情況。在使用二氧化碳進(jìn)行焊接時(shí)，一般使用逆向?qū)ΨQ分段焊接的方式，將焊縫分成各個(gè)小段，每段長(zhǎng)度為200～300mm，并且每一小段焊都和總焊接的方向相背，同時(shí)選擇水平相近與技術(shù)比較好的四個(gè)焊工一起施焊，減小變形。而在使用自動(dòng)化埋弧的焊接方式時(shí)，首先要對(duì)下翼板二條角的焊縫施焊，然后焊好上翼板的角焊縫，確保焊接方向的一致性；進(jìn)行多道焊時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量，便于下一次焊接[2]。

2.2 制作大型鋼板的拼接梁

通常大型鋼板的拼接梁是指焊成的工字梁型結(jié)構(gòu)，并且比較長(zhǎng)，一些較長(zhǎng)大梁的變形需要充分考慮扭曲變形與長(zhǎng)度方向變形。為確保產(chǎn)品的質(zhì)量，需要嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量。

第一，下料。一般大量拼版均是使用數(shù)控的火焰進(jìn)行切割與下料，因?yàn)樵谇懈畎鍟r(shí)切線的實(shí)際溫度可以達(dá)到1500℃，割線以外則是室溫，這種大溫差易發(fā)生形變，尤其是銑面加工下料，若不及時(shí)處理，在下料組對(duì)以后就會(huì)出現(xiàn)上弓或者下?lián)系那闆r。這就需要將板料置于下料的平臺(tái)上，再將板材位置找正，實(shí)施預(yù)熱，以防出現(xiàn)變形。

第二，組對(duì)。在組裝時(shí)，首先要對(duì)電焊機(jī)的電壓與電流等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將平臺(tái)上的飛濺物與熔渣徹底清除，將件9置于焊接的平臺(tái)上，然后根據(jù)圖紙將件10焊接到件9上，在點(diǎn)焊結(jié)束后需要通過寬座角尺對(duì)件9與件10的角度進(jìn)行測(cè)量，確保二者互相垂直后才可以加固；根據(jù)圖紙對(duì)件2實(shí)施組焊，保證件2、件9與件10互相垂直；其他組件的焊接也要用同樣的方式，如圖1所示。

第三，工字梁的焊接。為方便區(qū)分焊縫的位置，需在主視圖焊縫上標(biāo)字母，同時(shí)根據(jù)順序進(jìn)行焊接。首先對(duì)較長(zhǎng)的焊縫進(jìn)行焊接，用同樣的方式對(duì)其他焊縫進(jìn)行焊接。而在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，工字梁的加工比較大，導(dǎo)致加工過程中容易出現(xiàn)變形，嚴(yán)重者還會(huì)損害工字梁的加工質(zhì)量。因此，在焊接過程中需要嚴(yán)格根據(jù)特定的尺寸規(guī)格進(jìn)行焊接，通過T型的接頭將兩塊腹板以及翼板合為一體。

2.3 沒有加強(qiáng)筋的工字梁焊接

在工字梁制作過程中，容易出現(xiàn)彎曲變形、局部變形與扭曲變形等，其中局部的變形主要是指翼板上角的變形，且焊接接頭的形式存在差異，角變形特點(diǎn)也會(huì)存在差異。工字梁焊接經(jīng)常會(huì)以T型接頭形式產(chǎn)生，通常T型接頭的角變形包含水平版角變形以及水平板回轉(zhuǎn)兩個(gè)部分，并且角變形的大小和焊件的鋼性與焊接規(guī)范密切相關(guān)，因此在工字梁的焊接過程中，需要對(duì)板材的剛性進(jìn)行合理地加強(qiáng)。而對(duì)于部分要求比較特殊的工字梁，需要使用反變形方式，同時(shí)對(duì)反變形量進(jìn)行預(yù)留，若不是標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件，需使用常規(guī)焊接的參數(shù)，在相對(duì)自由的狀態(tài)下施焊。結(jié)束焊接以后，要對(duì)角變形量進(jìn)行測(cè)量，盡可能控制在4～6mm之間，還要應(yīng)用十噸液壓的千斤頂制作一臺(tái)反變形的設(shè)備，按照相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)水平版上下進(jìn)行反變形。

而彎曲變形主要指在完成工字梁焊接以后，構(gòu)件中心與設(shè)計(jì)的中心線之間偏離的程度，通常彎曲的變形包含焊縫縱向的收縮引起變形以及橫向收縮引起變形兩種。彎曲的變形和焊接構(gòu)件與焊接范圍息息相關(guān)，所以在焊接過程中應(yīng)盡可能加強(qiáng)構(gòu)件的剛度，應(yīng)用小焊接的規(guī)范施焊，同時(shí)還要保證裝配順序的合理性，這樣不僅可以加強(qiáng)焊接的剛性，而且能夠降低彎曲變形的發(fā)生率。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，從焊接工藝著手，對(duì)焊接變形的預(yù)防效果最好，而且最經(jīng)濟(jì)。近年來，焊接技術(shù)逐漸成熟，焊接環(huán)境愈來愈好，焊接的牢固性已經(jīng)不是現(xiàn)階段考慮的主要問題，而需要重點(diǎn)考慮的是如何確保構(gòu)件制造的質(zhì)量，防止構(gòu)件發(fā)生變形。因此，需要相關(guān)人員嚴(yán)格按照焊接順序與方向進(jìn)行焊接，盡可能降低構(gòu)件變形的發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)

[1]謝群，周海濱，袁偉.大跨度鋼結(jié)構(gòu)原位拼裝焊接熱影響監(jiān)控研究[J].建筑技術(shù)，2013，24（1）：53-55.

[2]陳鐵軍.鋼結(jié)構(gòu)焊接中存在的問題及其處理方法研究[J].科技傳播，2013，15（12）：53-55.

（作者單位：中原總機(jī)石油設(shè)備有限公司）