钢结构焊接变形及其控制措施
摘要：随着科学技术的不断发展，建筑钢结构得到了广泛应用，本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。对钢结构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原因，采取适当措施和工艺方法控制焊接变形，对于保证建筑钢结构工程质量和使用寿命，对于提高生产效率具有更加重要的意义。
关键词：钢结构； 焊接； 防变形； 控制 一、 钢结构焊接变形产生原因
钢结构在焊接过程中会产生焊接应力而变形，造成焊接应力和变形的因素有很多，但最根本的原因是焊件受热的不均匀性造成的。钢结构在焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，从而导致构件产生不均匀膨胀，而低温区的了高温区的膨胀，最终导致焊件焊后发展成焊接变形。其次，焊接顺序不正确、焊工技术达不到要求、下料方法不当、夹具使用不当、装配焊接顺序不当都会影响焊接质量产生变形。而焊缝在焊接结构中的位置与焊接电流及焊接方向等对焊接应力与变形也有一定影响。
二、钢结构焊接变形的种类
按钢结构焊接残余变形程度的不同，分为整体变形和局部变形；对不同特点的变形又分为：横向收缩变形、纵向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪式变形以及错边变形，其中只有角变形和波浪变形属于局部变形，角变形是由于焊缝的横向收缩沿板厚的不均匀分布而产生的。弯曲变形是由于结构上的焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称而产生的。其他类型的变形都属于整体变形。而整体变形也是钢结构焊接发生的较多的变形。
三、影响钢结构焊接变形的因素
3.1 焊接方法及其工艺规范的影响
钢结构制造时一般的焊接方法有埋弧自动焊、手工电弧焊和CO2气体保护焊。不同的焊接方法产生的热量不同，造成的变形也不同。同一焊接方法中，由于焊接工艺规范的不同所产生的焊接变形也不同。钢结构在施焊前要制定焊接工艺评定指导书进行指导焊接，同时对作业环境的温度和湿度都有要求。
3.2 结构刚度的影响
刚性是指焊件抵抗变形的能力，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关。结构刚性越大，则阻止焊缝及其附近热变形的能力越强，焊接变形就越小。反之焊件的刚性越小，则焊接变形就越大。在钢结构刚度较小时，焊接接缝成对称分
布，在施焊程序步骤正确合理的情况下，只会产生线性缩短变形；当焊接接缝不对称分布，焊缝收缩与重心之间有距离使截面向上弯曲会产生弯曲变形；在施焊程序合理的情况下，焊缝截面中心与接头截面中心在同一方位上，只产生线性缩短；焊缝截面中心偏离接头截面中心时会产生角变形。
3.3 装配-焊接顺序的影响
不同的装配与焊接顺序焊后将产生不同的变形量，所以在装配与焊接时应采取合理的顺序。焊接时尽量采用对称焊接；焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧。特别是对于焊缝较多的构件的焊接，合理选择焊接顺序，能够有效减少焊接变形，可以使多次焊接的变形相互抵消。
四、钢结构制造中焊接变形的控制方法
4.1、 完善焊接工艺
在进行钢结构焊接时，要根据经验和实际情况选择适当的焊接电流、 方向、速度和顺序，减少焊接变形；在焊接中厚板时，可以选用热量集中、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。在焊接复杂的钢结构时，要遵循先焊短后焊长、先焊立后焊平、先焊对接缝再焊搭接缝、由中间往两边、由内往外焊接的焊接原则；对于过于集中的焊缝要用跳焊法，较长的焊缝选择分段退步焊和对称焊相结合的焊接方式。在进行焊接设计时为了有效控制相应变形情况，应该尽量选择适合的焊接形式以及恰当的焊缝尺寸，并最大限度地避免出现不必要的焊缝，与此同时，还应该合理地进行焊接位置的有效安排，从设计的角度出发将焊接变形控制在一定范围内。
4.2、利用固定构件增强刚性
在对塑性较好的低碳结构钢和低合金结构钢进行焊接时，可以在焊接平台上或是在构件上安装央具来固定构件，使钢结构的刚性增强后再进行焊接，由于受固定夹具的外力所制约，使得在焊接过程中的加热和冷却的收缩变形量出现大幅度的减小，能实现对焊接变形的有效防治。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。
4.3做好装配工作并合理选择焊接顺序
如果焊接小型钢结构，可以从装配、定位焊固定，选择适合焊接顺序一气呵成。在进行大型钢结构的焊接工作时，必须先将小组件焊接完毕后，再进行最后总体的装配和焊接。在进行部件装配时，应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格和形状要求，来防止装配过程中易发生的变形和产生过大的应力。同时，装备时不能采用较大的外力强行组拼，以防止构件焊接后由于受过大的约束力和应力发生变形。此外，应该注意装配和焊接过程中使焊接接头受热均匀，焊缝确
保对接间隙、坡口角度和搭接长度的大小准确无误，保证与构件的设计和焊接的规定一致。
4.4适当采用反变形法
钢构件在焊接完成后，由于受热胀冷缩的影响会使构件发生收缩变形，根据平时的焊接经验，对焊接中容易出现收缩变形的钢构件采用反变形法。所谓的反变形法就是对即将发生的变形进行事前控制，向变形相反方向留出变形大小的余量，但是这种方法需要丰富的经验和成熟的焊接工艺试验。根据焊缝的设计要求，调整好焊接规范，选用材质和规格相同的钢板预先做一个试件进行焊接，使焊缝形式、焊角高度符合设计要求，焊完冷却到环境温度后测量翼板的变形量，把所测量的数值作为压制反变形的参数，压力机在翼板中心线上压出变形量的数，使翼板的两端预先呈上翘状态，抵消焊接变形量，焊后正好持平。
4.5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。
4.6加强以人为本的管理理念
要控制钢结构焊接变形，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责任心，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。
五、 结论
钢结构焊接变形的种类有多种多样，其成因是多方面的。最主要原因还在于钢结构在焊接过程当中的加热不够均匀。在当前技术条件下，焊接变形是各类钢结构制造过程中最为普遍的问题。为了控制钢结构焊接变形，保障钢结构产品的制造质量，在钢结构制造实际工作中，就需要针对钢结构制造过程中具体情况采取相应的策略。对其焊接变形问题进行严格且有效的控制，使得钢结构质量得以保证，促进社会生产的发展。
参考文献：
[1]赵岩.焊接结构生产与实例[M].北京：化学工业出版社，2008：57-68.
[2]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]中华人民共和国国家标准[S].钢结构工程施工质量验收规范.GB50205-2001
[4]周浩森等编.焊接结构设计手册[M].北京:机械工业出版社,2007
[5]邓洪军.焊接结构生产[M].北京：机械工业出版社，2009：22-34.
[6]杨鑫.如何控制钢结构焊接的变形[J].焊接技术，2011（05）：51-52.
