技术｜钢结构焊接变形与控制矫正

焊缝连接是钢结构连接之中普遍采用的方式，并且针对那些具备一定重要性质的焊缝而言，运用全熔透焊接的情况非常普遍。在金属焊接期间，于局部受热、融化过程里，加热区域的金属和周围的母材温度呈现出极大的差异，进而产生了焊接进程中的瞬间应力。

冷却到原始温度过后，整体接头区域的焊缝，以及近缝区域的拉应力区域，和母材在压应力的区域，数值达成平衡，如此便产生了结构自身的焊接残余应力。

就在这个时候，于焊接应力所施加的作用之下，焊接件结构出现了多种不同样式的变形。残余应力的存有以及变形的产生，二者是相互进行转化的，要是能够认清变形所呈现出的规律，那么就不会难以从其中找到可以防止、减少以及纠正变形的办法。

一、焊接变形的形式与原因

钢结构焊接之后所产生的变形大体上能够被划分成两种情形，也就是整体结构的变形以及结构局部的变形，整体结构的变形涵盖了结构的纵向以及横向缩短还有弯曲，也就是翘曲，局部变形呈现出凸弯、波浪形、角变形等多种形式。

1.1变形常见基本形式

常见焊接变形的基本形式存在如下几种，分别是，板材坡口对焊之后，所产生的，长度出现缩短情况，也就是纵向收缩，以及宽度变窄，即横向收缩的那种变形，还有，板材坡口对接焊接之后，所产生的角变形。

构件在焊后，角变形于构件纵轴方向呈现出数值上的差异，并且，构件翼缘以及腹板的纵向收缩并非一致，由此而形成了扭曲变形。

薄板焊接之后，母材受压应力的区域，因为失稳，致使板面出现翘曲，进而形成波浪状的变形；焊缝的纵向收缩以及横向收缩，相对于构件的中和轴，呈现不对称的状况，由此引发构件的整体弯曲，这样的变形就是弯曲变形。

这些变形属于基本的变形形式，各种各样复杂的结构变形，是这些基本变形的发展所得，是这些基本变形的转化结果，是这些基本变形的综合呈现。

1.2焊接变形的原因

在焊接进程里，针对焊件实施被划分成局部的、呈现不一样均匀程度的加热，这乃是致使产生焊接应力以及变形的缘由。焊接之际，焊缝以及焊缝附近受热的区域当中，金属出现膨胀，鉴于四周处于较冷状态的金属对这种膨胀予以阻止，于是乎在焊接区域内部就产生压缩应力以及塑性收缩变形，进而出现不同程度的横向以及纵向收缩。因为这两个方向的收缩，最终造成了焊接结构的各类变形。

二、影响焊接结构变形的因素

需考量的影响焊接变形量的因素不少，存在这样的情况，有时同一个因素，对于纵向变形来说对其有某种影响，对于横向变形来说有相反的影响，对于角变形而言亦有相反的影响。将各因素针对各种变形的影响进行全面剖析，把其影响规律予以掌握，这是采取合理举措控制变形的根基。要是不这样做，便很难达成预期的成效。

1）焊缝截面积存在着影响，焊缝截面积所指的是熔合线范围内的金属面积，焊缝面积一旦越大，那么冷却时收缩引发的塑性变形量也就会越大。

2）其影响在于焊接热输入，一般状况下，要是热输入大，那麼加热之后的高温区范围就会大，冷却速度会慢，进而让接头塑性变形区增大，不管是对于纵向、横向或者角变形而言，都存在使变形增大的影响，但是在进行表面堆焊时，当热输入增大至一定程度的时候，因为整个板厚温度趋于接近，所以即便热输入持续增大，角变形也不会再增大，反而会有所下降。

3）工件的预热会产生影响，层间温度也会产生影响，预热温度越高，就相当于热输入增大，这会使得工件冷却速度减慢，进而导致收缩变形增大，层间温度越高同样如此。

4）在所涉及的建筑钢结构焊接常用的几种方法里，电渣焊除外，埋弧焊的热输入是最大的，在诸如焊缝面积等其他条件相同的情形下，其收缩变形是最大的。手工电弧焊的热输入处于中间位置，它的收缩变形相较于埋弧焊是更小的。CO2气体保护焊的热输入是最小的，其收缩变形响应同样是最小的。

5）对变形来看，焊缝位置存在影响，其在结构里不对称，这种不对称会引发各类变形。

6）结构的刚性对于焊接变形会产生影响，结构刚性的大小，主要是由结构的形状跟它的截面大小来决定的，刚性比较小的结构，焊接的时候变形较显著，刚性大的结构，焊接完成之后变形相对较小。

7）说到装配以及焊接规范这二者对于焊接变形所产生的影响，因为所采用的装配方法存在差异，所以对于结构的变形而言也是有着影响的，整体装配完成之后再去进行焊接，它的变形一般情况下是小于边装配边进行焊接的情况的。

当处于工程焊接的时候，鉴于各类条件以及诸多因素共同有作用，焊接之后残余下来的变形所具规律相对繁杂，知晓各个因素单独产生作用造成的影响，有助于针对工程实际情形开展具体的综合分析。

三、防止和减少结构变形的措施

1）对于焊缝截面积进行减小，要达成完好且不存在超标缺陷的焊缝这一前提条件，之后尽可能去选用尺寸较小的坡口相关尺寸，也就是角度以及间隙。

2）对于屈服强度处在以下范围，淬硬性并非很强的钢材，采用较小的热输入，尽可能不去预热，或者适当降低预热温度、层间温度；优先选用热输入较小的焊接方式，像CO2气体保护焊。

3）厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。

4）当作双面都能够进行焊接操作之际，需运用双面对称坡口，并且于多层焊之时采用和构件中和轴对称的焊接顺序，就如下面的图2所示。

图2：用双面坡口对称焊接顺序减小角变形

5）T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝，见图3：

图3：T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝

6）运用焊前反变形方式来控制焊后的角变形，这方法乃是生产里极为常见的一种方式，并且要预先针对焊件作出基本抵消（补偿）行为。

通过焊后弯曲的反变形这种方式，以此实现防止焊后变形的目的。表1是箱形柱焊接前反变形参考数值，图4是H型钢焊接前反变形参考数值，它们是分别呈现这些内容的。

图4 H形钢焊接前翼缘的反变形量参考值

7）刚性固定法，也就是强制法。于实际制作当中，针对刚性大的构件，焊后变形通常较少，而对于刚性小的构件，能够在焊前增强构件刚性，如此焊后变形也会相应减小。采用此方法时，务必等焊接冷却后才可将夹具和支撑卸去，常见的几种方法有夹具法，支撑法，胎具法，临时固定法（像焊钉固定和压紧固定法），定位焊接法。

8）适用于薄板焊接的锤击焊缝法，是在薄板的焊缝及其热影响区尚未全然冷却的时候，即刻着手对该区域予以锤击，而针对厚板而言，则是采用风枪进行敲击。

9）采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形。

10）在进行设计时，要尽可能削减焊缝的数量以及尺寸，要对焊缝予以合理布置，除了要防止焊缝出现密集的情况之外，还应当让焊缝的位置处于尽量靠近构件中和轴的地方，并且要使焊缝的布置和构件中的情况相契合。

和轴相对称。

11）焊接顺序务必正确选择，当钢结构里两者同时存在，也就是对接焊缝以及角焊缝时，按照原则来讲，要先将对接焊缝进行焊接，之后相反地去焊角焊缝。对于十字型焊缝以及T字型焊缝而言，更加应该去采取正确无误的顺序，以此来避免焊接的时候应力出现集中的情况，进而保证接头焊接质量保持良好。采取那种对称于整个钢结构中和轴的焊接方式，还有采取从中间朝着两段进行焊接的方式，对于减少变形是非常有利的。针对钢结构中强度要求比较高的重要部位的焊接，应当尽可能让接头能够自由地收缩，不会受到约束。

四、焊接变形的焊后矫正方法

焊接结构构件发生了焊接变形，为达到设计、规范要求，必须进行矫正，从另一个角度解释，这种矫正实际上都是设法造成新的变形来补偿或抵消已发生的变形。在施工生产中，最常用的焊后残余变形的矫正方法可分为施力矫正，加热矫正，以及两种方法的结合运用。

4.1施力矫正法

对物体施加力量进行矫正，通常会借助千斤顶来达成，或者利用螺旋加力器来实现，也能够通过辊压矫正机来完成，甚至是在大型压力机上予以达成。

4.2加热矫正法

就是借助不均匀的那种加热，让结构获取反向的变形，去补偿或者抵消原本的焊接变形。加热矫正法里的加热方法，能够分成点状加热、线状加热、三角形加热。加热矫正可以消除好多施力矫正没办法解决的变形，把控火焰局部加热引发的变形的规律，是做好矫正的关键所在，决定火焰矫正效果的主要是加热的位置以及加热温度。低碳钢和普通合金的焊接结构，通常采用650至8000C的加热温度，普遍情况下不宜超过9000C。参照表2各种颜色能够判别温度范围。

于从事利用加热矫正操作之际，为达提高矫正效果之目的，亦可于加热进程当中施加外力来施行矫正，当进行火焰矫正之时，加热点的冷却存在两种方式，分别是自然冷却以及水冷却。运用水火矫正法能够让结构矫正收获较快成效，并且能够使矫正量超出自然冷却所达成的矫正量。像矫正大截面的H型钢这种情况。