探究二手钢结构焊接变形的成因与控制措施

摘要；由于二手钢结构具有高强度和良好塑性的优点，被广泛运用于建筑工程当中，然而二手钢结构由于截面和厚度较小 在焊接的时候会产生

变形累加问题，再加上材料和其他工艺手段原因，焊接不当直接导致二手钢结构框架的变形。本文将在分析二手钢结构焊接变形原因的基础上，提

出相应的控制措施，以便解决二手钢结构焊接变形的问题。

关键词：二手钢结构 焊接变形 控制措施

中图分类号：TG1 文献标识码：A 文章编号：1 674—09 8X(201 2)08(b)一0088—01

1二手钢结构焊接变形的成因分析

二手钢结构在焊接的过程中，由于局部受

热和受冷不均匀，再加上外力对刚性拘束

的作用，致使焊接区域产生不均匀的纵向

和横向收缩现象，笔者根据二手钢结构焊接的

实际工作经验，对变形的原因进行了如下

分析：① 二手钢结构的刚度表现为抗拉、抗伸、

弯曲等能力，这些能力主要受到截面和尺

寸大小的影响，譬如桁架的横截面和弦杆

截面的面积不符合规范，在焊接时候会产

生纵向变形，再如丁字形等形状截面会由

于抗弯刚度不足而在焊接时弯曲变形。②

某些二手钢结构的加工件由于刚度过小，在焊

接之后加工件的焊缝布置不均匀，出现严

重收缩现象，焊缝较多部位变形程度较大，

焊缝较少的部位反之。一般情况下，焊缝在

二手钢结构中是呈对称的状态布置，因此焊接

的程序必须合理，根据对称要求减少线性

缩短，然而往往由于布置的焊缝不对称，而

产生弯曲变形，或者当焊缝的界面重心偏

向于接头截面，则会出现角变形情况。③除

了二手钢结构本身的问题，焊接工艺对焊接变

形的产生也存在很大的关系，焊接的电流

控制不到位，致使直径较粗的焊条在慢速

度焊接的时候受热不均，而产生焊接变形；

采用自动焊接的方式焊接比较厚的钢板，

比起手工焊接的模式，前者效率较高，但产

生变形的几率比后者高得很多；多层的钢

板焊接，每一层焊接缝的收缩量都不一样，

一般情况下，首层收缩量最大，第二层的收

缩量约为首层的的五分之一，第三层的收

缩量约为首层的十分之一，而且层数越多，

所产生的的焊接变形就越大；另外焊接的

顺序也是焊接变形的成因之一，如果焊接

的顺序不恰当，也会产生焊接变形。

2二手钢结构焊接变形的控制措施

2．1焊接变形的预防控制措施

焊接变形的预防控制措施分为五个步

骤进行：①受弯构件在放样的时候，要进行

起拱处理，以便在施焊之后补偿焊缝的收

缩现象，在下料的时候要依靠工艺试验确

定收缩的余量，小于24m的弯构件长度放出

收缩量为5ram，大于24m的弯构件长度放出

收缩量为8ram。②在自重压力下，为提高钢

结构构件的稳定程度，在拼装平台的时候，

要具备平直的水平标准。如果结构不复杂，

可采取一次性安装和固定的方式，根据焊

接顺序一次性完成。笔者建议焊接要在整

体装配之后进行，用角焊接的方法平衡变

形，如果构件在拼装过程中的应力和变形

过大，则需要使用型号不同的零件，以防止

焊接构件之后产生的拘束应力过大而出现

变形。③ 焊接施工时，要控制好焊接的电

流、速度和顺序等工艺手段，譬如焊接构件

要遵循先短后长的原则。④ 为了控制焊接

的变形，在拼装的时候，可向变形相反方向

的进行适当调整，以预防变形。但采用反变

形的方法，必须事先根据焊缝的设计要求，

进行调整试验，笔者建议采用材料质地和

规格大小相仿的钢板进行焊接试验，以测

定好变形量，作为反变形法的参数。⑤ 焊接

固定的方法要以增强刚性为主，可以在重

叠部位设置固定构件，然后进行焊接，这样

一来，无论是焊接加热，还是冷却，都能够

有效防止收缩变形，但刚性固定法一般只

能应用于低碳或者低合金的结构钢。

2．2钢板焊接的控制流程

钢板结构的焊接受到环境因素的约

束，为了使得焊接的部位保持适当的温度，

尤其是在低温条件下的焊接作业，要采取

严格的工艺手段，控制焊接的流程：

首先是做好焊接的准备工作：①焊接之

前，防止风、雨、雪等因素对焊接后冷却的影

响，譬如快速冷却产生层状裂缝，做好温度

变化的焊接作业准备工作。②对坡口等进行

焊前全面检查，清理坡口的锈蚀和污物等，

为焊接提供较为干净的环境。③如果焊接的

环境温度较低，要进行预热，利用温度仪监

控加热的温度，保证焊接的受热均匀。

其次是控制焊接的顺序和工艺流程：

① 焊接顺序的合理安排：由内部向外部焊

接；由上部往下部焊接，先焊接单独体，再

焊接整体。焊接的作业顺序要严格遵守，不

可以随意更改。②焊接过程中，每个节点的

焊接，其焊道的质量要控制好，一旦发现变

形，要进行及时处理。③焊缝的缺陷处理，

是要通过检测确定的，焊缝的缺陷返修同

样进行严格的预热、后温和保温处理，工艺

流程与焊接工艺流程一样。

再次，焊接的应力集中是变形的诱因，

因此焊接的时候要采取必要的措施减小应

力集中：① 为了在焊缝区有效引出收弧线，

焊工在正式焊缝前，要做出时间延长的适

当调整，以便在焊接作业后精准切除，这样

一来，焊缝之外的一些导致接头裂纹的缺

陷就可以避免。② 焊接结构的接头散失温

度时间的延缓，可以通过先焊接收缩量比

较大的部位，并利用衬板、引入板、引出板。

③二手钢结构的上翼和下翼与腹板交叉位置的

融合，是需要讲究上翼板和下翼板的焊接

顺序的，上冀板要先进行焊接，在焊厚占钢

板厚度的一半之后，再进行下翼板焊接，鉴

于下翼板焊接的难度较高，需要有两名焊

接工人交叉配合焊接，在下翼板的焊接作

业全部完成后，再完成上翼板剩余的部分。

最后是焊接后的处理措施。二手钢结构焊

接完成后，要用各种检查工具对焊接情况

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进行检查，譬如利用放大镜检查焊接的表

面是否存在气孔、夹渣等可能致使裂纹的

问题。一方面，要做好保温措施，在二手钢结构

焊接检查之后，对焊缝进行后温处理，后温

处理可使用功率比较大的烤枪沿着焊缝中

间部位两侧进行均匀加热，温度控$~250℃ ，

范围控制在中间部位两端的1 5Omm之内，

时间控制在20min左右。后温处理过程中，

要用石棉布扎进处理部位，再密闭焊接防

护棚，尤其是温度较低的气候条件下，就能

有效避免骤然冷却而变形的问题，在整体

恢复常温之后再撤去防护棚。整个后温和

保温流程要利用测温仪进行辅助控制。另

一方面是对焊接节点超深比例20％的无损

检测，以便及时发现焊缝的缺陷。尤其是比

较重要的承力节点，需进行时间一个月左

右跟踪复测，防止钢板的撕裂变形。

2．3 矫正焊接变形的方法措施

二手钢结构构件的弯曲和扭曲变形，主要

是因为构件在规范设计要求之外，因此要

进行焊接矫正，鉴于各种二手钢结构焊接施工

的差异性，笔者将对三种比较重要的矫正

方法进行系统介绍：①采用压力机、撑直机

和各种小型号的机械施展机械力纠正焊接

变形，譬如将压力机置于变形二手钢结构构件

的两边，作为支撑点，对准构件凸出位置进

行慢压，以矫正焊接的变形。②焊接完成

后，发现焊接的变形，可用高温火焰反其道

矫正，其原理是对二手钢结构焊接变形部位输

入热量，在变形部位加热到塑性状态之后，

产生收缩差，变形部位就会往相反方向再

次发生变形。③鉴于二手钢结构的差异性，如果

以上两种方法都不足以满足矫正焊接变形

的要求，则可以综合利用两种方法。

3结语

综上所述，二手钢结构的焊接容易产生变

形的问题，这些问题直接影响二手钢结构后期

使用的有效性和安全性，为了解决二手钢结构

焊接变形的问题，我们要在分析变形成因

的基础上，针对问题制定适当的变形控制

措施，笔者认为一是要做好焊接前的准备

工作，防止后期焊接施工的变形，二是控制

好焊接施工的流程，提高焊接施工的有效

性，四是进行焊接过程中变形部位的及时

矫正。这样一来，就能够有效控制二手钢结构焊

接变形情况的发生，提高焊接的质量。

参考文献

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控制策略[J】．科技创新，2012(1)：230．

【2】胡松．建筑二手钢结构构件加工过程的质量

控制… ．中国西部科技，2011(21)：42—47．