試析建筑工程鋼結(jié)構(gòu)焊接變形原因與防控措施

1、試析建筑工程鋼結(jié)構(gòu)焊接變形原因與防控措施    摘 要：由于鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生焊接變形的起因有很多，同時(shí)還會(huì)因操作環(huán)境及其焊工的操作技能的情況而受到影響。因此，為了真正實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的有效控制，必須在實(shí)踐操作過(guò)程中進(jìn)行不斷地總結(jié)，方可對(duì)其進(jìn)行有效地控制。鑒于此，本文從鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的起因出發(fā)，結(jié)合實(shí)際工程對(duì)引起鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的主要原因進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)就鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制方法進(jìn)行了探討，希望能為鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工過(guò)程提供借鑒。 關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；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 中圖分類號(hào)：TL372+.3 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：2095-2104（2013）1-0020-02 在鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中必

4、然產(chǎn)生的殘余變形可能會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)接下來(lái)的制作過(guò)程造成影響，甚至?xí)?duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度及其施工質(zhì)量帶來(lái)極大的影響，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)承載能力的大幅度降低。因此，有必要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的起因及其控制方法進(jìn)行研究，以確保鋼結(jié)構(gòu)施工的整體質(zhì)量。 1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的起因分析 焊接變形的基本類型。所謂焊接變形是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，由于施焊電弧高溫引起的變形，以及焊接完成后在構(gòu)件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類變形中，焊接殘余變形是影響焊接質(zhì)量的主要因素，也是破壞性最強(qiáng)的變形類型。焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的不同層次的影響分為整體變形和局部變形；根據(jù)變形的不同特點(diǎn)則可分為：角變形、彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯(cuò)

5、邊變形。在這些變形類型中，角變形和波浪變形屬于局部變形，而其他類型的變形屬于整體變形。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較多的變形類型是整體變形。 a）鋼結(jié)構(gòu)總焊縫的位置不同，其所產(chǎn)生的變形形態(tài)和程度都會(huì)不同，不同的焊縫位置均會(huì)有不同程度的變形形態(tài)產(chǎn)生，這多由于不同形態(tài)的結(jié)構(gòu)，如坡口角度以及接頭形式等所造成重力性的變形。 b）由于結(jié)構(gòu)的剛性而引起的變形，在受力情況相同的條件下，對(duì)于剛性相對(duì)較大的結(jié)構(gòu)而言，其變形程度相對(duì)較小，反之則變形程度相對(duì)較大。例如，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)較薄的結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)其同小而重的鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)焊接的時(shí)候，剛性相對(duì)較小的薄片鋼結(jié)構(gòu)更易產(chǎn)生變形。 c）由于焊接的順序以及鋼結(jié)構(gòu)裝配方法不同，鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中所產(chǎn)生

6、的變形程度也不同，例如剛性相對(duì)較弱的剛結(jié)構(gòu)若焊接時(shí)對(duì)其的荷載增加，就極易導(dǎo)致其發(fā)生變形。 d）焊接材料不同，鋼結(jié)構(gòu)焊接之后因熱脹冷縮也會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，通常而言，焊接材料線膨脹系數(shù)更大，則鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的程度也相對(duì)較大。例如，采用鋁材進(jìn)行焊接，其變形幾率較碳鋼材料而言更大。 e）由于焊接方法不同，鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接的過(guò)程中，由于焊件受熱而引起其溫度的升高，此時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)體積越大，則其因受熱發(fā)生變形的幾率就越大，因而焊接變形的程度也越大。 2影響各種焊接變形的因素 在實(shí)際焊接過(guò)程中，不同條件下的焊接所產(chǎn)生的焊接變形量各不相同，在諸多工藝因素中焊接線能量與焊接變形成正比，焊接線能量越大則焊接時(shí)產(chǎn)生的

7、塑性變形區(qū)面積越大，焊后的焊接變形越大，反之則越小 。決定焊接線能量的因素主要有： a）焊縫尺寸的大?。汉缚p尺寸越大則焊接所需線能量也越大。 b）焊接的分層方式：焊縫施焊時(shí)，分層焊的層數(shù)越多，每層所需的線能量越小，變形就越小。但對(duì)于開(kāi)坡口的對(duì)接焊縫角變形來(lái)講，則是例外，分層數(shù)越多，角變形越大，這主要是由焊件厚度向的溫差所決定的。 c）焊接的原始溫度：原始溫度高，無(wú)形中提高線能量，造成塑性變形增大，焊后的焊接變形隨之增大。（當(dāng)原始溫度提高到一定程度時(shí)，焊件的溫差下降，焊接變形反而減少）。 d）在滿足受力要求的前提下，間斷焊可降低線能量，從而減小焊接變形。焊接方法是影響焊接變形另一因素，實(shí)踐及各國(guó)

8、焊接專家的研究表明，對(duì)于相同焊件，相同焊縫，選擇不同的焊接方法，其焊接變形也不同，埋弧焊的焊接變形最大，其次為手弧焊，最小的焊接變形為 c02氣體保護(hù)焊。因此，在條件設(shè)備許可的情況下 ，選擇合適的焊接方法，可有效降低焊接變形。合理選擇拼裝順序和焊接順序，可降低焊接變形。 3 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制方法分析 3.1 設(shè)計(jì)過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制方法分析 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，通過(guò)科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)形式方面的設(shè)計(jì)，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)的變形起到最基本的控制作用，設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)各種不同焊接變形形式的起因及其特點(diǎn)進(jìn)行掌握，方可設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的焊接形式。 a）焊縫數(shù)量及其尺寸應(yīng)盡可能減少，焊縫的數(shù)量愈多，尺寸

9、愈大，則需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)輸入的熱量就愈大，此時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的焊接變形程度也愈大。所以，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡可能將焊縫的數(shù)量及其尺寸減少。 b）對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面而言，焊縫的位置應(yīng)同其相對(duì)稱，或者盡可能同構(gòu)件截面的中性軸相靠近，這樣可以有效減少鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，特別是梁、柱等鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形。 c）對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，焊接方法應(yīng)當(dāng)根據(jù)焊縫坡口的形狀及其尺寸進(jìn)行科學(xué)地選擇，必須確保鋼結(jié)構(gòu)承載力足夠的情況下，通過(guò)不同的坡口形狀及其尺寸的選擇，實(shí)現(xiàn)焊縫截面積的盡可能減少，以最大程度地對(duì)剛結(jié)構(gòu)的焊接變形進(jìn)行控制。 d）設(shè)計(jì)時(shí)可盡量采用小剛性節(jié)點(diǎn)形式，防止焊縫的過(guò)度集中，以及雙、三向發(fā)生

10、相交的情況，以盡可能實(shí)現(xiàn)焊縫的交叉或集中區(qū)域熱量及其應(yīng)力的減小，從而盡可能減小鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的程度。 e）鋼結(jié)構(gòu)焊縫的位置應(yīng)當(dāng)盡可能避開(kāi)高應(yīng)力區(qū)域，否則應(yīng)力越大，鋼結(jié)構(gòu)就越易出現(xiàn)焊接變形。 f）為了方便進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的焊接操作，最好避免在仰焊的位置進(jìn)行焊縫的施焊，以確保焊接過(guò)程的操作質(zhì)量。若實(shí)在無(wú)法避免，則要求焊工能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)全方位的焊接技能了如指掌。 3.2 施工過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制方法分析 進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以節(jié)點(diǎn)的不同構(gòu)造以及焊縫的不同形式為依據(jù)，通過(guò)不同的焊接工藝，來(lái)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形進(jìn)行有效控制。某中國(guó)-東盟國(guó)際商貿(mào)物流中心B座工程，是集金融辦公、電子物流、會(huì)議、商場(chǎng)于一

11、體的綜合公用建筑，地下5層、地上50層，總建筑面積19萬(wàn)余平方米，建筑總高度為230.5M，采用“矩形鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒”結(jié)構(gòu)體系，立面全玻璃幕墻，南北立面均為弧形，核心筒采用12根300×300×25×25的H型鋼鋼骨柱組成，每節(jié)鋼柱3層，核心筒外圍是20根矩形鋼管柱1000×1000×50×50（4層以下），4層以上鋼管柱截面逐漸減小，鋼板厚度逐漸減薄，鋼管柱內(nèi)灌C60砼，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的垂直運(yùn)輸設(shè)備的起吊能力，8層以下每節(jié)一層，9層以上每節(jié)二層，鋼柱采用350坡口對(duì)接焊縫，在30和31層分別設(shè)有4榀加強(qiáng)桁架。鋼梁與鋼

12、柱之間用10.9S扭剪型高強(qiáng)螺栓剛性連接，鋼結(jié)構(gòu)主材采用Q345B，現(xiàn)場(chǎng)采用CO2氣體保護(hù)焊，1.2MM實(shí)芯焊絲。本工程目前核心筒結(jié)構(gòu)施工至32層，鋼結(jié)構(gòu)工程施工至26層，在鋼梁安裝過(guò)程中，很少因焊接變形使高強(qiáng)螺栓無(wú)法穿入螺栓孔而需要擴(kuò)孔現(xiàn)象，主要采用以下方法進(jìn)行控制： a）對(duì)于對(duì)稱焊縫如矩形鋼管柱，使用對(duì)稱焊接的方法進(jìn)行施工。通常而言，由于結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)較小，先焊的焊縫更容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形。因此，對(duì)于焊縫布置相對(duì)均勻，截面形狀足夠?qū)ΨQ的鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，最好使用對(duì)稱焊接的方法進(jìn)行施工。 b）厚度相對(duì)較大的鋼板的全熔透對(duì)接焊縫，通過(guò)開(kāi)坡口進(jìn)行焊縫地對(duì)接。 c）對(duì)于焊接后所產(chǎn)生的角變形，可通過(guò)焊前進(jìn)行反變

13、形的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。 d）在符合設(shè)計(jì)要求的條件下，焊接過(guò)程中盡量采用縱向以及橫向加強(qiáng)肋來(lái)進(jìn)行焊接，即所謂的間斷焊接法。 e）對(duì)于不對(duì)稱性的焊縫，則應(yīng)當(dāng)先對(duì)焊縫較少的那側(cè)進(jìn)行焊接，然后再進(jìn)行另一側(cè)的焊接。 f）通過(guò)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)留長(zhǎng)度的方法，來(lái)對(duì)焊縫的縱向收縮以及變形情況進(jìn)行補(bǔ)償。例如，對(duì)于 H 形鋼柱縱向焊縫而言，每米進(jìn)行 0.50.7mm 的預(yù)留。 g）焊前預(yù)熱和焊后緩冷。預(yù)熱可以減小焊縫區(qū)和焊件其部位的溫度差，降低焊縫其他部位的溫度差，降低焊縫區(qū)的冷卻速度，使焊件能較均勻地冷卻下來(lái)，從面減少焊接應(yīng)力和變形。 4 結(jié)束語(yǔ) 作為鋼結(jié)構(gòu)制作和連接的主要技術(shù)，焊接已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝工藝之中。一般來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)在進(jìn)行焊接的過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)焊接變形的情況，若不對(duì)其進(jìn)行有效的控制將會(huì)為鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。然而，焊接中產(chǎn)生的變形問(wèn)題不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能，如果嚴(yán)重的話甚至?xí)?dǎo)致焊件報(bào)廢。特別是在大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)中，這一問(wèn)題表現(xiàn)得尤其突出。有鑒于此，必須對(duì)焊接變形不同類型和原因進(jìn)行全面分析，并采取有力措施控制焊接變形量，以確保不斷提高生產(chǎn)