摘 要：本文根據(jù)安慶石化加熱爐鋼結(jié)構(gòu)制造過程和長期的大型鋼結(jié)構(gòu)制造經(jīng)驗，對大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形進行了簡單的原因分析，對焊接變形類型進行了歸納，結(jié)合實際生產(chǎn)提出了防止大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的防控措施和變形的糾正措施。

　　關(guān)鍵詞：大型鋼結(jié)構(gòu);焊接變形;原因分析;變形類型;防控糾正

　　隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越多的采用了大型鋼結(jié)構(gòu)的形式。與其他形式和材料相比，大型鋼結(jié)構(gòu)有很多的優(yōu)良性能，比如強度高，塑性韌性好;材質(zhì)均勻，相對重量輕;良好的工藝性能;施工周期短;便于回收等等。鋼結(jié)構(gòu)的連接普遍采用焊接的方式，但是由于部分鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸較大、焊接工藝不合理等等因素造成大型鋼構(gòu)發(fā)生變形，不僅僅影響了鋼結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能，更是直接影響到鋼結(jié)構(gòu)使用的安全性和可靠性。

　　1、鋼結(jié)構(gòu)變形類型

　　在焊接大型鋼結(jié)構(gòu)的過程中，由于對焊接大型鋼結(jié)構(gòu)部件進行了局部的、不均勻的加熱，這是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。在焊接過程中焊接電弧產(chǎn)生了高溫，從而使鋼結(jié)構(gòu)在焊縫及其周圍產(chǎn)生了不同程度的膨脹，另外焊接完成后在大型鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)件內(nèi)存在焊接殘余變形，其中焊接殘余變形是對鋼結(jié)構(gòu)影響最大、破壞性最強的變形類型，它不僅僅影響局部變形，甚至造成整體變形過大而使整個結(jié)構(gòu)報廢。

　　焊接殘余變形按其表現(xiàn)的特征可分為：收縮產(chǎn)生的變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形和錯邊變形等;按其對整個結(jié)構(gòu)影響程度不同，可分為整體變形和局部變形。局部變形有角變形和波浪變形等;整體彎曲變形、扭曲變形、收縮變形等屬于整體變形。而大型鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較多、影響較大的變形類型是結(jié)構(gòu)整體焊接變形。

　　2、鋼結(jié)構(gòu)變形原因

　　造成大型鋼結(jié)構(gòu)件焊接變形的因素主要有設(shè)計和工藝兩個方面。設(shè)計方面指結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，比如焊縫的位置設(shè)置不合理、焊接坡口的形式不適合等;鋼結(jié)構(gòu)不具有可靠的剛度，不能夠抵抗拉伸和彎曲變形的能力。鋼結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸的大小，就比如工字梁的彎曲變形主要取決于截面的抗彎剛度。大型鋼結(jié)構(gòu)整體的焊接順序和對稱性對整體結(jié)構(gòu)的影響巨大，如果焊接順序和對稱性布置較好，構(gòu)件的變形主要就是線性變形，否則就會發(fā)生扭曲等多種復(fù)雜、難以控制的變形。

　　工藝方面指不合理的焊接工藝規(guī)程，裝焊順序，采用不適合的防變形和反變形方法，以及不能及時的采取的消應(yīng)力措施等，焊接工藝對焊接變形的影響主要是焊接電流偏大，焊條直徑較粗，使得焊接速度較慢，可能導(dǎo)致局部的不均勻受熱，造成焊接變形過大。較厚的鋼材焊接時，經(jīng)常還會采取多層多道焊接，逐層焊接過程中都有焊接變形的存在，層數(shù)越多，焊接變形越大。

　　3、防止變形措施

　　針對安慶石化改擴建項目使用的大型加熱爐鋼結(jié)構(gòu)裝置，長度達17米，寬9.3米，高8.25米。為了防止制造過程中出現(xiàn)大的焊接變形，我們從設(shè)計到工藝采取了各種防控措施，有效的控制了鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形，確保了工程質(zhì)量。

　　首先，優(yōu)化焊接構(gòu)造設(shè)計

　　安慶加熱爐為了達到控制焊接變形的目的，我們首先從控制焊縫的數(shù)量和大小入手。鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量越多、尺寸越大，焊接時的熱輸入量也越多，造成的焊接變形也更大，因此，在安慶石化加熱爐鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計時，盡量的控制了焊縫的數(shù)量和大小，盡可能的減少焊接變形。立柱設(shè)置的位置處于構(gòu)件截面的對稱處，結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點的位置設(shè)置的H350型鋼在構(gòu)件截面的中性軸對稱位置，每側(cè)鋼結(jié)構(gòu)由中間向兩側(cè)均布的3條H350型鋼組成，兩端兩條由H300型鋼焊接，采用對稱設(shè)置的方式，避免了單向焊接大的變形可能。焊接柱頭節(jié)點選擇對稱和均布形式，在滿足設(shè)計強度的情況下選用盡可能小的剛性節(jié)點形式，這樣避免由于焊縫集中而導(dǎo)致的高溫和焊縫應(yīng)力集中，從而減少焊接變形。

　　其次，優(yōu)化工藝措施

　　①組對和焊接順序。安慶加熱爐鋼結(jié)構(gòu)的組對設(shè)置在一個標(biāo)準的水平面平臺上進行，該平臺強度和平整度滿足制造要求的工字梁框架焊接而成，不會出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象，可以滿足鋼結(jié)構(gòu)組對的基本要求。焊接過程中采用對稱焊接和跳焊法來避免局部過熱變形和焊接變形，比如在柱頭位置采用雙面同時和焊接的對稱焊接，在外側(cè)小的加強梁位置采用跳焊方法;在柱腳大尺寸坡口焊接過程中采用小錘敲擊焊縫的方法減小拉應(yīng)力。此外，組對和焊接過程中保證了焊接接頭熱量均勻，消除應(yīng)力并減少變形;焊縫保證對接間隙、坡口角度、搭接長度的尺寸無誤，形式、大小與構(gòu)件的設(shè)計和焊接規(guī)范一致。

　?、诓捎妙A(yù)先反變形。大型鋼結(jié)構(gòu)焊縫在冷卻過程會產(chǎn)生收縮反應(yīng)，減小工件焊接后的尺寸或產(chǎn)生變形，為了盡可能的減小熱脹冷縮帶來的變形影響，在大型構(gòu)件焊接時常用預(yù)先反變形的方法。反變形方法是在進行焊接前使構(gòu)件預(yù)先發(fā)生變形，使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。比如，在焊接兩側(cè)側(cè)墻柱頭時，為了防止柱頭焊接后單向彎曲變形，在焊接前預(yù)先在背面施加壓力，使H型鋼產(chǎn)生一個小的變形，在焊接柱頭后，由于冷卻收縮拉力，剛好使鋼結(jié)構(gòu)立柱變形拉回，保證了整體尺寸的垂直度。

　　③提前增加剛度。在焊接大型鋼結(jié)構(gòu)之前，事先在主要框架焊接前增加大型工字梁等來提高整體剛度，減小整個結(jié)構(gòu)的變形。

　　④配鉆組對焊接。安慶加熱爐鋼結(jié)構(gòu)制造采用先確定整體框架尺寸，在平臺四周焊接工字梁，保證整體尺寸不產(chǎn)生偏差，各連接部件采用配鉆連接組焊的方法。框架焊接完成后再將小的節(jié)點部位焊接，最后焊接面板的方式，組焊時不采用較大外力強制拼裝，以防止零部件過度焊接應(yīng)力和較大約束力帶來的變形。

　　通過以上措施，有效的控制了安慶加熱爐鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形，達到了確保工程質(zhì)量的目的。

　　4、變形糾正

　　焊接難免都會出現(xiàn)變形，特別是大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接，焊接變形量的控制更加困難，但是為了達到設(shè)計和規(guī)范的要求，針對部分焊接出現(xiàn)變形的位置需要進行焊接結(jié)構(gòu)件的矯正。

　　對于出現(xiàn)的焊接變形可以采用火焰加熱的辦法矯正，還可以采用機械的辦法敲打、外力拉等方式，如果是較大位置或者較大變形，還可以采用綜合火焰糾正和機械矯正等多種方式共同作用的綜合矯正方法。但特別需要注意的是火焰矯正方法中，火焰溫度不可過高，不可以超過800℃，否則會引起鋼材變脆，影響沖擊性能;不可以在藍脆的溫度階段對鋼結(jié)構(gòu)施加機械外力的敲打拉伸等，容易產(chǎn)生斷裂;火焰矯正需要考慮對結(jié)構(gòu)件其他部位的影響。

　　5、結(jié)論

　　通過長期對大型鋼結(jié)構(gòu)的制造總結(jié)和安慶加熱爐的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計施工過程，我們掌握了大型鋼結(jié)構(gòu)焊接過程，防止變形的預(yù)防性措施和科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝，可以提高整個大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量和工程質(zhì)量，可以減少或避免大型鋼結(jié)構(gòu)焊接后出現(xiàn)的變形，減少矯正工作量并提高整個制造過程的工作效率。

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