建筑钢结构焊接变形的原因分析与控制方法.docVIP

建筑钢结构焊接变形的原因分析与控制方法 摘要：在焊接钢铁的时候，钢铁会在应力的作用下 发生形体变形，变形后的钢铁会给施工加大难度，并且由于 设计要求中对钢结构的尺寸都是严格规范好的，因此，对于 在焊接过程中已经失去精准度的钢结构会造成无法按照要 求进行安装的问题。基于此，本文将结合案例阐明焊接变形 的原因和有效控制焊接变形的方法以及减小焊接应力的一 些方式。 关键词：焊接变形；应力；控制措施 分类号：TU391文献标识码：A文章编号： 由于在焊接过程中会对钢结构需要焊接的部位进行高 温处理，这种局部受热的操作会使得钢结构在外形上产生形 变，这种现象在焊接过程中是是不可避免的。因此，就钢结 构在焊接的过程中产生变形的原因来研究如何有效地减少 应力和变形。 1实例概况 某项高层建筑高迗623米，由120高层建筑主体以及地 上7层、地下5层的裙房组成。该项建筑通体采用钢一混凝 土混合结构，主要是以巨型框架、核心筒以及伸臂桁架抗 侧力的结构体系作为支撑的。由于该项工程总体面积已经多 迗55.6万平方米，因此该项工程对钢结构的需求量较大， 约为10万吨。这就使得在焊接的过程中既要保证钢结构的 焊接质量以及将变形程度控制在允许的范围内，又要切实掌 握好各项节点的施工，还要严格按照规范标准进行安装的操 作。 2简述产生焊接变形的原因 在焊接的过程中，由于钢结构局部受热开始膨胀，其他 未受热部位并未发生改变，但会对已经膨胀的部位产生一个 约束的压力，使得未受热的部分产生拉力；当焊接工具向前 进行操作时，已经完成焊接的部位开始冷却，出现收缩的现 象，此时，之前产生拉力的部位会对冷却的部位起到约束的 作用，这就造成了已经焊接的部位会受到拉力的作用，而其 他未焊接的部位则会受到不同程度上压力。致使钢结构产生 变形的原因还有一个，即焊接应力，由于焊件拘束度的大小 关系着钢结构的变形，较小会出现变短和弯曲等现象，太大 则会使局部发生改变，与此同时还会有残余的应力产生［1］。 3列明残余变形的种类 残余变形是指物体由于局部受热且经过冷却后发生的 不能恢复原状的外形形变现象。有如下几种种类：(1)整体 弯曲式变形：由于焊缝的热胀冷缩以及周围产生的应力，会 使焊缝收缩引起焊件整体弯(2) 使焊缝收缩引起焊件整体弯 (2)波浪式变形：比较薄的 钢板在焊接过程中未采取任何防范措施会使得钢结构板面 产生上翘和弯曲的现象。（3）横向收缩式变形：即板面于与 焊缝的延伸方向垂直的一方产生板面缩短的现象。（4）纵向 收缩式变形：是指板面同焊缝相同的方向产生收缩。（5）角 变形：由于横向收缩变形使板面以焊缝的轴心为中心点出现 的角度的变化。（6）扭曲变形：焊接后出现角变形，由于角 变形的大小各不相同并且刚结构的边缘和中间的面板收缩 的量也不同，从而使构件产生扭曲的现象，使得外形产生严 重的变形。 4简述解决焊接变形的方法 4.1合理的设置坡口 对于拼接焊缝可以采用设置一个合理坡口的方法将焊 接变形的影响降低到最小。针对一些比较厚的板面，若仍采 用拼接焊缝的方法，可以尝试设计一个不对称的坡口，如 1所示。不对称坡口具体成型方法是：首先，找到坡口相对 比较深的一面进行焊接，需注意的是，当前只焊接该侧坡口 的1/3,其次翻转构件，完成其背面的焊接工作，待到上边 两步都完成之后，再次将构件翻转过来，对剩余的未进行焊 接的部位进行以上相同的操作。焊接完成后方能进行整条拼 缝。通常施工中设置的坡口角度在35°、5°之间。本工程 节点板最大板厚达109mm，为了有效减少焊缝的面积，施工 人员将坡口角度设置为15°。图1焊接坡口设置 4.2进行对称焊接施工 对称焊接施工的适用对象应是对称的构件，即不论是焊 缝的分布点还是板面的形状，都应均匀对称。在对称焊接的 操作中，应有两名焊工分别于两侧同时进行施工，用以防止 单人操作时造成板筋无法垂直腹板而产生的形变，这样既能 节省时间，又能有效的减少变形。 4.3合理的规划焊接次序 合理的规划焊接工序不仅能防止构件发生形变的现象， 还能有效的减小焊接构件的过程中集中的应力。针对本工程 的巨型柱以及其截面的特点，施工人员采取4人对称焊接的 模式进行操作。如图2所示，中间的A线为整个焊接面的中 心轴线，焊接时由3名技术员先对轴线部位进行整体焊接， 由于该项工程巨型柱向内部倾斜，因此，剩余的1人对单独 的A部位进行焊接，之后由4名施工人员按照ABCD的顺序 进行对称焊接［2］。 2合理安排焊接顺序 4.4严格控制反变形措施 一般来说，只有在角焊缝的焊接过程中才会采用反变形 措施。图3是进行薄翼板与腹板的焊接示意图，据了解，该 项工程中使用的均为25毫米厚的叠板。在焊接的过程中， 叠板极易向着腹板的方向发生形变，根据施工要求，叠板1 和2要紧密的贴合