浅析钢结构焊接变形及其控制方法

卢进起 ，常德志 ，曲锋军

（北方工程设计研究院有限公司，河北 石家庄 050011）

1 钢结构焊接变形的原因

为了达到合理控制焊接变形的目的，近些年来，施工和技术人员对焊机变形的影响因素进行了比较深入的调查。研究发现影响钢结构焊机变形的因素不但数量多，而且有时会有交叉影响。具体的影响因素有以下几个方面：

第一，融合线以内的钢材焊缝截面积的大小可能会影响焊接变形的严重程度，焊接截面积的大小与焊接变形的严重程度成正比。

第二，焊接时进行的热输入量越大，会使受热的区域随之扩大，这样将会导致焊接处的体积和角度产生变化。

第三，部件在焊接之前需要进行预热，但是如果预热的温度过高，甚至达到焊接温度的话，同样会导致热输入量的过量，导致焊接位置产生形变。

第四，不同的焊接方法可能导致不同的形变程度。在钢结构焊接经常使用的几种电焊方法中，导致焊接形变严重程度由大到小可以排列为：埋弧焊接法、手工电弧焊接法、二氧化碳气体保护焊接法。

第五，焊接的手法以及钢材料对焊接变形也会产生一定影响。由于焊接中测量偏差导致焊接位置不对称，或是焊接时力度把握不稳，可能导致不同程度的形变。其次，钢材的自身性质也是重要的影响因素，钢材料的形状、截面形状、截面大小等因素决定了钢材刚性的好坏，刚性好的钢材不容易产生形变。

第六，部件的装配和焊接顺序也影响钢结构的变形程度。使钢结构形变最小的焊接和装配最佳顺序为：先装配后焊接，先整体装配后局部装配。

第七，使用的焊接材料的膨胀系数不同也会产生不同的焊接效果，因为焊接材料存热胀冷缩现象，高温受热焊接之后再降温的话，体积就会有所变化，所以膨胀系数越大的焊接材料产生的形变也就越明显。

以上几种焊接过程中的影响因素只是单一方面的因素，在不同条件和不同情况下，不同的影响因素还可能会交叉影响焊接产生的形变。但是为了更好的控制这些因素综合影响，必须采取一些控制措施来避免每一种单一因素的发生。只有这样才能从整体上提高钢结构建筑的整体质量和精度。

2 对于控制钢结构焊接变形的几点思考

2.1 从设计上控制钢结构焊接的形变变形

钢结构建筑是一种以设计为亮点的建筑，华丽的设计不仅仅能够使钢结构变得壮观和美丽，科学合理的对对钢结构的体系进行设计还能够从基本上对钢结构焊接产生形变的事实起到控制作用。

第一，最大可能的减少焊接点的数量，尽量将焊点的尺寸降低。道理不难理解，过多的焊点就需要进行对钢材进行多次加热，焊接尺寸过大的话，加热时间也就越长，必然会导致钢结构焊接产生的变形更严重。

第二，对于钢结构建筑中受力比较大的位置，比如建筑的大梁和承重柱，对其焊接时的设计需要特别重视焊点的对称问题，尽量将焊点与钢材截面的中轴设计的比较接近，防止重要部分的变形非常重要。

第三，针对钢材焊接时的截面的尺寸和形状合理的选择焊接材料和焊接方法，这样可以最大程度的减少焊接面积和钢材的受热时间，从而提高了钢结构建筑的整体承载能力。

第四，设计焊点时尽量将焊点分散，且远离部件的交叉点。如果过多的焊点集中在双向或是三向交叉点的话，必然会导致该点变形相对严重、刚性大幅度下降，分散焊点还可以将钢材的受热区域分散开来，从而避免钢材由于来不及散热就进行二次加热导致的形变。

第五，钢结构建筑中受力比较大的位置应该尽量避免进行焊接，及时焊接没产生变形，出现焊点的钢材的应力能力也大打折扣。为了保证施工质量，应减少应力点的焊接。

第六，最后就是要尽量减少难度比较高的焊点，因为高难度焊点本来就不好操作，如果焊工的技术达不到要求，或是马虎操作的话，很可能导致焊点的质量也达不到标准。如果这种高难度焊接点的设立不可避免，则尽量选择技术更高的焊工操作。

2.2 在操作过程中控制钢结构焊接形变

除了在设计时注意钢结构的焊接问题，更重要的就是在整个施工过程中要不断提高焊接的技术和工艺将每一个焊点处理的更精细。

第一，如果焊点中有对称存在的，必须使用对称式的焊接手段。因为在同一块钢材上，首先进行焊接的位置更容易产生形变，所以如果依次进行焊接的话钢材的形变会难以控制，而对称焊法则可以避免这一现象。

第二，如果焊点是不对称的，排列比较杂乱，则从两端开始焊接，先焊一段，然后再焊接离上一个焊点较远的位置，以避免钢材的重复受热产生形变。

第三，如果可以预计到焊接处的变形角度和方向，在焊接前或是焊接后可以进行反向的加热来进行平衡。

第四，钢结构焊接过程中尽量从纵向进行焊接，如果需要横向进行的话，尽量添加强肋进行固定，防止焊接过程中出现变形。

第五，如果T形接头板厚度过大的话，则可以利用开坡口角进行处理。

第六，如果焊接之前可以预测到部件可能会出现体积收缩，最好的处理方法就是在焊接前构件进行一段长度的预留，这样可以从一定程度上补偿材料体积或长度上的不足。

3 意义总结

通过本文的分析，我们可以发现钢结构焊接过程中有受到很多内部或是外部的影响导致钢材和部件出现不可控制的形变。但是钢结构焊接形变的事实并非难以处理，只要从设计上尽量注意放置焊点的位置和接口的处理，在施工中提高焊接工艺和技巧，我们就可以最大程度上对这种现象进行有效地控制。

[1]潘可明，纪荣洋.钢结构焊接变形的原因及校正[J].科技致富向导，2011，(14):136.

[2] 王红兵，黄正东. 钢结构焊接变形的成因及矫正方法[J]. 建筑，2010 (08):52-54.