浅谈平台钢结构焊接变形控制措施1

　　摘要：目前平台钢结构已在国家经济建设和人们日常生活中获得非常广泛的应用，在工业厂房和民用建筑中占有很大的比重，如工业厂房中的设备：支承平台、走道平台、检修平台、操作平台等;民用建筑中的楼层和立体车库等。随着广泛的应用，平台钢结构质量不断提高，然而焊接变形引发的事故却时有发生。本文对平台钢结构焊接变形做了简单的分析，介绍了平台钢结构焊接变形的预防措施和矫正措施，为合理控制焊接变形了提供依据，保证平台钢结构的工程质量。

　　关键字：平台钢结构;焊接;变形控制

　　平台钢结构亦称工作平台，通常由铺板、主梁、次梁、柱、支撑，以及梯子、栏杆等组成。这些部件有多种连接形式，焊接连接就是其中一种重要的连接形式。如花纹钢板的连接采用的是焊接连接、主梁一般采用“工”型刚或焊接“H”型钢。平台钢结构尺寸超宽，平台面板需要拼接，焊缝较多，出现焊接变形几率大。焊接变形问题直接影响了平台钢结构的质量，所以对平台钢结构的焊接变形控制是十分重要的。控制措施的实施不仅能够保证平台钢结构的工程质量而且可以减少不必要的后续矫正工作，为企业节省成本，创造更高的经济效益。

　　一、平台钢结构焊接变形

　　在焊接过程中，由于局部的不均匀加热使结构中各部分金属热胀冷缩的程度不同，焊缝产生了不同程度的收缩和内应力，就引起了焊接的各种变形。

　　焊接变形使焊件或部件尺寸改变而无法组装，使整个平台结构丧失稳定而不能承受载荷，造成施工安全问题，使平台不能发挥应有的功能，而矫正却要浪费大量的人力和物力,有时还导致平台的报废。

　　焊接变形的种类很多，按其对结构影响程度不同，可分为整体变形和局部变形;按其特征可分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等。平台钢结构最多发生的是结构整体焊接变形。

　　二、影响平台钢结构焊接变形的因素

　　(一)材料的性能

　　不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形也不同，焊接变形也不相同。

　　(二)结构刚性

　　焊后焊缝一般都产生纵向和横向收缩，这种收缩受到整个结构的限制而产生“收缩力”。刚性大的焊接结构在这种力的作用下产生的变形比较小，刚性小的焊接结构在这种力的作用下容易产生较大变形。

　　(三)焊接参数

　　即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量愈大，焊接变形愈大。焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度增大而减小。在3个参数中，电弧电压的作用明显，因此低电压、高速、大电流密度的自动焊变形较小。

　　(四)焊接工艺方法

　　不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手动焊热集中、受热区窄，变形较小。

　　(五)焊缝数量和断面大小

　　焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。

　　在平台钢结构焊接施工中，不同种类的焊接变形往往并不是单独出现的，而是同时出现、互相影响的。只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理的措施来控制平台钢结构的焊接变形。

　　三、平台钢结构焊接的特点

　　1 为了防止冷裂缝和提高热影响区的韧性，多采用低氢型和超低氢型碱性焊条。

　　3 厚板焊件，一般焊前需预热，以防止裂纹发生。

　　4 管节点和关键部件焊后还需要进行热处理，以消除焊接残余应力。

　　5 管件桁架结构大多采用全位置、全熔透、多层多道手工焊接。

　　6 承受交变应力的管节点和关键构件的角焊缝还需磨修或熔修，以修整焊缝和消除表面缺陷，减少应力集中，提高疲劳寿命。

　　四、平台焊接施工中的变形预防控制措施

　　(一)平台钢结构焊接材料的选择

　　根据平台构件的用钢等级和平台设计要求选用与之相匹配的焊条或焊丝和焊。选择同母材的性能基本一致的焊材，能阻止焊缝和热影响区焊接裂纹的发生和扩展，不致发生脆断和疲劳。选择焊接材料还要考虑发生裂纹的可能性。约束度高、应力集中高的部件，选用塑性韧性好的低氢碱性焊条和韧性高的焊丝和碱性焊剂。Z向钢的焊接选用低氢型和超低氢型焊接材料。焊接材料还要根据平台构件类别不同。分别选用不同级别的材料。次要构件选用普通结构钢焊条，如J422、J423等;主要构件选用相应级别的低氢型碱性焊条，如J427、J507等;对于特殊构件，一定要用相应等级的低氢型或超低氢型碱性焊接材料，以防止冷裂纹和提高焊缝金属和焊接头的韧性。

　　(二)施工预防措施 ：

　　在施工过程中可采取多种措施预防焊接变形，在此主要介绍一下几种方法：反变形法、刚性固定法、合理选择焊接方法和规范、选择合理的装配焊接顺序等。

　　1.反变形法

　　所谓反变形法就是在构件施焊前,确定其焊接变形 的大小和方向,焊后使构件达到设计要求.例如,为了防止H型钢梁上下翼板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其翼板预先反向压弯。

　　2.刚性固定法

　　所谓刚性固定法,就是在没有采取反变形的情况下,将构件固定,增加焊件刚度,限制焊接变形。按变形相反方向,用夹具或点焊方式将焊件固定,从而限制焊接变形。

　　3.合理地选择焊接方法和规范

　　选用热量集中、热影响区较窄的二氧化碳气体保护焊等焊接方法代替手弧焊、埋弧焊，可减少平台钢结构焊接变形;选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减少钢结构受热范围，从而减少焊接变形。

　　4.合理的焊接顺序和焊接方向

　　合理的焊接顺序为：先焊所有立焊缝→下部所有平焊缝→上部所有平焊缝→下部所有仰焊缝→上部所有仰焊缝。在上述焊接顺序的前提下，先焊主梁与主梁 ，主梁与次梁 ，次梁与次梁之间的焊缝。

　　合理的焊接方向：一是从中心向四周扩展，在焊接立焊缝时，先焊所有主梁中轴线以下部分，后焊中轴线以上部分;二是从中轴线向两侧焊。这样可以给结构一个与主变形方向相反的小变形量，同时可使焊接应力向应力孔方向扩展，有利于焊接应力的施放，从而减少焊接变形。

　　5.其他

　　无论是主梁、次梁焊接，还是边框的焊接均采用对称施焊。焊接时要尽量均匀施焊，将施工队分小组按区域中进行施焊，避免热量集中于一个区域。平台铺板焊接时，先焊短焊缝，使钢板边成长条，再焊接长条间焊缝，焊接时由中间向两边焊接;然后焊接铺板钢板与梁格的焊缝，从中心向四周成对称分部进行跳焊;边缘板(与外框架相连)与中间板应最后焊接。采取以上措施，能够有效的避免平台发生翘曲和不规则变形。

　　五、平台施工中的焊后矫正措施

　　根据是否采用外界能量，将焊后矫正措施分为机械矫正法和火焰矫正法。根据平台钢结构的特点和容易出现的焊接变形类型来讲本文重点介绍火焰矫正法。

　　机械矫正法是指利用外力，使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，与焊接变形相抵消，从而达到消除焊接变形的目的焊接措施。

　　火焰矫正法是指利用火焰在与焊接变形方向相反的对应部分局部加热产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，达到矫正变形目的的焊接措施。

　　平台钢结构中主梁焊接常使用H型钢，H型钢的旁弯、拱度、翼板下挠、翼板倾斜等均可用火焰进行矫正。采用火焰矫正的原理与焊接变形的原理相同，只是反其道而用之，通过给金属输入热量，使金属达到塑性状态，从而产生变形，构件被局部加热后，依靠加热区的膨胀与收缩差，使构件按照预定的方向发生变形，从而达到矫正的目的。用火焰加热矫正构件时 ，一定要让构件处于自由状态，一些自重较大的构件加热后要用吊具提起离开平台，以免自重产生的摩擦力阻碍变形，影响短矫正效果。采用火焰矫正法，2 0 m长的钢柱其侧向弯曲和起拱量可以矫正在6 mm之内，翼板下挠度可控制在2 mm内，远远低于规范要求 。但是用火焰矫正，在实际施工中很难定量的确定加热部位、加热温度、时间、区域长度等，主要靠积累经验，因此在准备矫正构件时要选择有一定矫正经验的人员担任此项工作并且人员要相对固定。利用火焰矫正方便快捷，在操作过程中还应注意一下几点加热温度要掌握好，一般控制在6 5 0℃ ～8 5 0℃ 之间，温度太低效果不明显，温度太高易使材质发生变化;要掌握在不同环境和不同气温情况下的加热温度;变形量较大的构件一次加热不能完全清除变形时，应错开原来的加热点进行第二次加热矫正，采取合理的矫正顺序，先矫正翼板不平、倾斜、再矫正侧向弯曲和起拱，矫正过程中要经常用靠弯尺、细钢线、水准仪等检查矫正情况，防止矫枉过正，产生新的变形量。

　　五、结束语

　　平台钢结构由于具有强度高、抗震性好、平面布置灵活、有效节约空间、质量可靠、施工速度快、现场用工省，建设周期短等一些列优点，在建筑行业得到广泛的应用。钢结构在焊接过程中或焊后易产生焊接变形而增加加工制造的物力和人力，使整个构件丧失稳定性，使建筑安全使用性大为降低。故在钢结构施工过程中应制定合理有效的预防焊接变形措施，把焊接变形几率降到最低;同时针对已经产生变形的构件根据具体结构和变形量采取有效矫正方法进行矫正，保证整个建筑工程的使用安全性，提高企业的经济效益和社会效益。

　　参考文献

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　　【5】陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策.北京:机械工业出版社. 1997.1

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