大型钢结构制作中焊接变形的控制分析陆永科

大型钢结构制作中焊接变形的控制分析陆永科

陆永科

十一冶建设集团有限责任公司广西柳州545007

摘要：近年来，在我国工业快速发展中，作为工业化道路建设中重要的组成部分，机械工业中的大型钢结构得到了广泛应用。而在其应用中，一项必不可少的工艺就是焊接，焊接的质量会进一步影响到大型钢结构的安全性和质量水平。其中，在大型钢结构焊接中，需要进行多项复杂的操作和计算，而焊接本身是一项实施过程会存在复杂变化的工艺技术，因此大型钢结构的焊接难度较大。本文主要进行大型钢结构制作中焊接变形的控制分析，了解大型钢结构的焊接难度和产生变形的因素，以更好地控制变形，保证焊接质量。

关键词：大型钢结构；制作；焊接；变形；控制策略

引言

本身，大型钢结构焊接技术相对比较系统复杂，涉及到技术比较多。在施工时候可能会运用到一些复杂计算和操作。因此，对于大型钢结构在制作时候，要针对其焊接变形情况加以控制，工作人员也要控制好每个环节。这样才不会出现质量方面问题，才能够保证工程不受到损害。

1大型钢结构焊接难点

在进行大型钢结构制作中，焊接工艺要达到一定的精度，需要解决其中结构自由度、热源集中和温度分散不均等问题，因此在焊接处会划分一些网格，其分布细密。一旦网格的数量增加，就会加大计算工作难度，焊接长度也会对焊接工艺的模拟分析产生一定影响。在大型焊结构焊接中，焊接工艺会随着时间变化也出现变化，而产生过于复杂的瞬态分析。并且这一过程是动态的，因此需要以静态场视角看待，通过对时间增量的分析来对各个静态场时间分量瞬态分析。并且在焊接中，受一些因素影响，应力场和温度场会发生变化。因此需要增加一定时间分量去描述，以减少分析和计算失误，而计算量过大也是需要应对的一大难题。

2大型钢结构制作中焊接变形的影响因素

2.1材料因素

大型钢结构制作中，焊接材料是引发焊接变形的重要因素，一般情况下，母材与焊材作为焊接常用材料，其物理性能及热力学性能往往会对焊接效果产生强烈影响。在大型钢结构制造中，焊接变形的影响因素包括温度梯度和材料热传导系数，而这两种因素之间呈鲜明的反比例增长关系，也就是说，随着热传导系数的减小，温度梯度会明显增大，材料所受焊接影响也比较大，此种情况下焊接变形也比较严重。而热力学性能对大型钢结构变形的影响则明显强于材料物理性能，其中以膨胀系数为典型代表。随着膨胀系数的加大，焊接变形也会随之加大。此外，大型钢结构焊接中会形成高温环境，此时材料屈服基线及弹性模量也是影响材料焊接变形的重要因素，其具体关系为：随着弹性模量的逐渐变大，焊接变形会在一定程度上减小，但受到材料屈服极限增大的影响，焊接残余应力显著增强，导致材料受力能力明显降低，使得大型钢结构焊接出现严重变形。

2.2结构方面因素影响

焊接结构设计对焊接变形有很大影响，大型钢结构焊接结构设计比较复杂，容易出现一些问题。在设计中，设计人员需要随着拘束度增加而不断加大焊接残余应力，但在这一过程也会减少焊接变形的现象。但现阶段我国大型钢结构焊接设计中，很多情况下结构拘束度有所增加，但没有随之增加焊接残余应力，因此容易出现焊接变形现象，尤其在钢筋板厚度较大部位，这类问题更容易出现。

2.3焊接工艺

焊接是大型钢结构制作中的重要环节，焊接工艺也成为焊接变形的重要影响因素，相关工程实践表明，对接焊缝方式、多层焊接方式等都会在一定程度上引发焊接变形。就对接焊缝来看，应用此种焊接工艺会导致横向收缩变形量明显大于纵向收缩变形量，从而导致大型钢结构出现焊接变形。就多层焊接来看，焊接成熟与变形之间存在密切联系，随着焊接作业中层数的不断增加，焊接变形程度则会明显加大，层级之间收缩量差异导致大型钢结构焊接变形最终出现。

3大型钢结构制作中焊接变形的控制方法

3.1严格控制焊接工艺

大型钢结构制作中焊接变形的出现，往往与焊接工艺存在密切联系，因此在实际焊接操作中，要结合大型钢结构焊接要求，做好焊接工艺的控制工作，基于大型钢结构焊接特征选定焊接工艺，结合具体焊接要求确定焊接电流、焊接顺序及焊接速度等影响焊接质量的重要因素，通过全面的焊接控制来降低焊接变形发生几率。大型钢结构焊接施工有一定特殊性，当焊缝集中或焊缝较长情况下，若焊接工艺选用不适宜，极易出现焊接裂缝，因此针对集中焊缝应采取跳焊法对钢结构进行焊接，而焊缝较长部位则最好采取对称焊和分段退步焊相结合的焊接工艺，保证焊接质量可靠。大型钢结构焊接中，部分焊接对象的组成比较复杂，针对此种复杂钢结构进行焊接时，要在严格控制焊接工艺的同时，遵循科学化的焊接原则，先短后长、先中间后两边是比较常见的焊接原则，若同时存在对接缝和搭接缝，应先焊对接缝，后焊搭接缝，通过多种焊接技术的有效配合，切实做好大型钢结构焊接变形的控制工作。

3.2选择科学的焊接顺序

在大型钢结构制作焊接作业中，要格局其形状、规格和型号等信息来选择合理的焊接顺序。一般在焊接大型钢结构时，会先焊接小组件，在进行整体焊接、装配。与之相反的是小型钢结构焊接中，可先进行装配和定位焊固定。在进行部件装配时，要保证采用的零配件符合相关要求，避免其在装配中产生较大变形或者应力。

3.3合理设计焊接节点

要保证焊接节点设计合理，一方面要控制好焊缝的数量和面积，在焊接中如果输入的热量太多，就容易产生焊接变形。因此要控制好焊缝数量和面积，尽量减少来控制变形；另一方面，要对焊缝的坡口大小和尺寸科学选择，以降低截面积会对大型钢结构变形的影响。此外，焊接节点一般会设置在构件界面的两侧，并尽量将结构中性轴焊接节点设置在接近中心轴处，以避免在高应力区焊接。

3.4注重钢结构刚度

不同钢结构节点和构造都有所不同。所以工作人员需要重视钢结构刚度，在工作中要根据实际情况，选择更加高效焊接控制变形方式。比如说选择适合的焊接工艺，也能够保证钢结构刚度不受到影响。常用的焊接工艺有对称焊接，分段焊接方式，可以根据实际情况选择。一般情况下，都喜欢采用对称焊接，其可以减少变形程度出现，也不会对钢结构造成重大影响。在焊接不同厚度组件过程当中，要最大程度上避免出现截面变形情况。这个时候可以采用坡度过渡方法，其能够减少应力集中情况出现。对于截面变形情况要加以控制，才能保证焊接工作顺利。

3.5注重焊接坡口和优化设计

在工作当中可能会很容易忽视焊接坡口问题。因此，要把其作为工作重点。对于施工工艺选择也要符合科学施工原则。其工艺和标准要符合实际情况。在焊接加工之前，要能够了解钢结构基本特征。要选择最恰当方法，要按照设计标准来操作。在展开焊接工作时，要把钢材翻转到背面，在坡口1/3处开展焊接工作。最后再转翻焊接其他部分。这是焊接坡口最重要工作之一，它能够在大型钢结构制作过程当中发挥很大作用。这项工作只需要进行两次翻转就可以了，不需要翻转太多次，这样才能减少焊接变形情况出现。

结语

大型钢结构焊接质量对整个工程安全和质量都会产生巨大影响。随着科技水平不断提升，钢结构焊接工艺也在不断前行和发展。其在操作过程当中很容易出现突发情况，出现变形情况原因有很多种。在操作时候可能会受到温度、湿度等原因影响。因此，要对大型钢结构开展焊接变形控制措施分析。通过焊接变形控制，可以有效提高钢结构整体水平。

参考文献

[1]付瑶,樊亚斌,崔岩.B型地铁转向架横梁组成焊接变形控制[J].电焊机,2017(08).

[2]周立红.浅析大型钢结构焊接变形控制技术[J].工程建设与设计,2017(05).