试析建筑工程钢结构焊接变形原因与防控措施

1、试析建筑工程钢结构焊接变形原因与防控措施    摘 要：由于钢结构发生焊接变形的起因有很多，同时还会因操作环境及其焊工的操作技能的情况而受到影响。因此，为了真正实现对钢结构焊接变形的有效控制，必须在实践操作过程中进行不断地总结，方可对其进行有效地控制。鉴于此，本文从钢结构焊接变形的起因出发，结合实际工程对引起钢结构焊接变形的主要原因进行了分析，并重点就钢结构焊接变形的控制方法进行了探讨，希望能为钢结构的焊接施工过程提供借鉴。 关键词：钢结构；焊接变形；起因；控制方法 Abstract: The management of project cost, is

2、 the process of continuous, and the characteristics of each stage is different, therefore, different stages of the cost control measures is also different, as the project cost management, how to according to different characteristics of different stages of a project, the cost management methods, res

3、ulting in the whole process of engineering project management in the grasp of good project cost is engineering cost personnel must consider the problem. Key words: construction project; project cost; whole process control; control measures 中图分类号：TL372+.3 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02 在钢结构焊接过程中必

4、然产生的残余变形可能会对钢结构接下来的制作过程造成影响，甚至会对整个钢结构的施工进度及其施工质量带来极大的影响，导致钢结构承载能力的大幅度降低。因此，有必要针对钢结构焊接变形的起因及其控制方法进行研究，以确保钢结构施工的整体质量。 1 钢结构焊接变形的起因分析 焊接变形的基本类型。所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中，由于施焊电弧高温引起的变形，以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中，焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形；根据变形的不同特点则可分为：角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错

5、边变形。在这些变形类型中，角变形和波浪变形属于局部变形，而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。 a）钢结构总焊缝的位置不同，其所产生的变形形态和程度都会不同，不同的焊缝位置均会有不同程度的变形形态产生，这多由于不同形态的结构，如坡口角度以及接头形式等所造成重力性的变形。 b）由于结构的刚性而引起的变形，在受力情况相同的条件下，对于刚性相对较大的结构而言，其变形程度相对较小，反之则变形程度相对较大。例如，对于钢结构较薄的结构而言，当其同小而重的钢结构结构焊接的时候，刚性相对较小的薄片钢结构更易产生变形。 c）由于焊接的顺序以及钢结构装配方法不同，钢结构焊接过程中所产生

6、的变形程度也不同，例如刚性相对较弱的刚结构若焊接时对其的荷载增加，就极易导致其发生变形。 d）焊接材料不同，钢结构焊接之后因热胀冷缩也会产生不同程度的变形，通常而言，焊接材料线膨胀系数更大，则钢结构焊接变形的程度也相对较大。例如，采用铝材进行焊接，其变形几率较碳钢材料而言更大。 e）由于焊接方法不同，钢结构进行焊接的过程中，由于焊件受热而引起其温度的升高，此时，钢结构体积越大，则其因受热发生变形的几率就越大，因而焊接变形的程度也越大。 2影响各种焊接变形的因素 在实际焊接过程中，不同条件下的焊接所产生的焊接变形量各不相同，在诸多工艺因素中焊接线能量与焊接变形成正比，焊接线能量越大则焊接时产生的

7、塑性变形区面积越大，焊后的焊接变形越大，反之则越小 。决定焊接线能量的因素主要有： a）焊缝尺寸的大小：焊缝尺寸越大则焊接所需线能量也越大。 b）焊接的分层方式：焊缝施焊时，分层焊的层数越多，每层所需的线能量越小，变形就越小。但对于开坡口的对接焊缝角变形来讲，则是例外，分层数越多，角变形越大，这主要是由焊件厚度向的温差所决定的。 c）焊接的原始温度：原始温度高，无形中提高线能量，造成塑性变形增大，焊后的焊接变形随之增大。（当原始温度提高到一定程度时，焊件的温差下降，焊接变形反而减少）。 d）在满足受力要求的前提下，间断焊可降低线能量，从而减小焊接变形。焊接方法是影响焊接变形另一因素，实践及各国

8、焊接专家的研究表明，对于相同焊件，相同焊缝，选择不同的焊接方法，其焊接变形也不同，埋弧焊的焊接变形最大，其次为手弧焊，最小的焊接变形为 c02气体保护焊。因此，在条件设备许可的情况下 ，选择合适的焊接方法，可有效降低焊接变形。合理选择拼装顺序和焊接顺序，可降低焊接变形。 3 钢结构焊接变形的控制方法分析 3.1 设计过程中钢结构焊接变形的控制方法分析 对于钢结构而言，通过科学合理的结构形式方面的设计，可以对钢结构焊接结构的变形起到最基本的控制作用，设计过程中，必须对各种不同焊接变形形式的起因及其特点进行掌握，方可设计出科学合理的焊接形式。 a）焊缝数量及其尺寸应尽可能减少，焊缝的数量愈多，尺寸

9、愈大，则需要对钢结构输入的热量就愈大，此时，钢结构所产生的焊接变形程度也愈大。所以，在对钢结构的节点构造进行设计的过程中，应当尽可能将焊缝的数量及其尺寸减少。 b）对于钢结构构件的截面而言，焊缝的位置应同其相对称，或者尽可能同构件截面的中性轴相靠近，这样可以有效减少钢结构焊接变形，特别是梁、柱等钢结构的焊接变形。 c）对于钢结构而言，焊接方法应当根据焊缝坡口的形状及其尺寸进行科学地选择，必须确保钢结构承载力足够的情况下，通过不同的坡口形状及其尺寸的选择，实现焊缝截面积的尽可能减少，以最大程度地对刚结构的焊接变形进行控制。 d）设计时可尽量采用小刚性节点形式，防止焊缝的过度集中，以及双、三向发生

10、相交的情况，以尽可能实现焊缝的交叉或集中区域热量及其应力的减小，从而尽可能减小钢结构焊接变形的程度。 e）钢结构焊缝的位置应当尽可能避开高应力区域，否则应力越大，钢结构就越易出现焊接变形。 f）为了方便进行钢结构的焊接操作，最好避免在仰焊的位置进行焊缝的施焊，以确保焊接过程的操作质量。若实在无法避免，则要求焊工能够对钢结构全方位的焊接技能了如指掌。 3.2 施工过程中钢结构焊接变形的控制方法分析 进行钢结构的焊接过程中，应当以节点的不同构造以及焊缝的不同形式为依据，通过不同的焊接工艺，来对钢结构的焊接变形进行有效控制。某中国-东盟国际商贸物流中心B座工程，是集金融办公、电子物流、会议、商场于一

11、体的综合公用建筑，地下5层、地上50层，总建筑面积19万余平方米，建筑总高度为230.5M，采用“矩形钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒”结构体系，立面全玻璃幕墙，南北立面均为弧形，核心筒采用12根300×300×25×25的H型钢钢骨柱组成，每节钢柱3层，核心筒外围是20根矩形钢管柱1000×1000×50×50（4层以下），4层以上钢管柱截面逐渐减小，钢板厚度逐渐减薄，钢管柱内灌C60砼，根据施工现场的垂直运输设备的起吊能力，8层以下每节一层，9层以上每节二层，钢柱采用350坡口对接焊缝，在30和31层分别设有4榀加强桁架。钢梁与钢

12、柱之间用10.9S扭剪型高强螺栓刚性连接，钢结构主材采用Q345B，现场采用CO2气体保护焊，1.2MM实芯焊丝。本工程目前核心筒结构施工至32层，钢结构工程施工至26层，在钢梁安装过程中，很少因焊接变形使高强螺栓无法穿入螺栓孔而需要扩孔现象，主要采用以下方法进行控制： a）对于对称焊缝如矩形钢管柱，使用对称焊接的方法进行施工。通常而言，由于结构刚度相对较小，先焊的焊缝更容易产生结构变形。因此，对于焊缝布置相对均匀，截面形状足够对称的钢结构来说，最好使用对称焊接的方法进行施工。 b）厚度相对较大的钢板的全熔透对接焊缝，通过开坡口进行焊缝地对接。 c）对于焊接后所产生的角变形，可通过焊前进行反变

13、形的方法来对其进行控制。 d）在符合设计要求的条件下，焊接过程中尽量采用纵向以及横向加强肋来进行焊接，即所谓的间断焊接法。 e）对于不对称性的焊缝，则应当先对焊缝较少的那侧进行焊接，然后再进行另一侧的焊接。 f）通过对构件进行预留长度的方法，来对焊缝的纵向收缩以及变形情况进行补偿。例如，对于 H 形钢柱纵向焊缝而言，每米进行 0.50.7mm 的预留。 g）焊前预热和焊后缓冷。预热可以减小焊缝区和焊件其部位的温度差，降低焊缝其他部位的温度差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从面减少焊接应力和变形。 4 结束语 作为钢结构制作和连接的主要技术，焊接已经被广泛应用于钢结构的制作和安装工艺之中。一般来说，钢结构在进行焊接的过程中不可避免会出现焊接变形的情况，若不对其进行有效的控制将会为钢结构的施工质量带来严重的安全隐患。然而，焊接中产生的变形问题不仅影响了钢结构的外观和使用性能，如果严重的话甚至会导致焊件报废。特别是在大型钢结构件的焊接作业中，这一问题表现得尤其突出。有鉴于此，必须对焊接变形不同类型和原因进行全面分析，并采取有力措施控制焊接变形量，以确保不断提高生产