钢结构焊接变形的成因与措施

钢结构焊接变形的成因与措施

摘要：钢结构是由型钢和钢板等钢材经焊、铆或螺栓连接而形成的一种结构。与其他结构相比，这种结构具有载重大、架设简便等优点，再加上工期短、工艺

简单，因此被广泛应用于高度和跨度较大的结构，以及可拆卸的结构等等。但是，由于固体具有在外力作用下改变形状的基本性质，钢结构普遍存在着变形问题。

这些变形问题可分为两种基本形式：不同轴向的弯曲和一些扭转变形。在施工过

程中，很多外界因素都会造成钢结构变形，其中，焊接变形最为常见，而且可以

通过优化工艺来减少和避免。

关键词：钢结构；焊接变形；成因；措施

1焊接变形的基本形式

（1）纵横变形。这种焊接变形是指当温度降低金属收缩时，以焊缝为坐标

原点，钢结构在它的纵横轴上产生的变形。（2）横向变形。受热不均是板材产

生横向变形的主要原因，由于板材在焊接过程中，每个部分承受的热量均不相同，且焊接的过程也各不相同，所以，在焊接结束后，板材进行冷却收缩时，其在横

向的收缩力并非均匀分布，这样横向变形便产生了。（3）错边变形。当施工人

员对钢结构的加热不均匀时，构件收缩程度就会不相同，从而使焊缝处的构件在

长度和宽度方面也就不能完全相同，形成错边变形。（4）挠曲变形。两个焊缝

处不能产生相同的焊接变形结果，就会给人感官上的扭曲感觉，即形成挠曲变形。（5）波浪式的变形。焊缝处有自己的内应力，这种内应力可以在焊接处产生一

种波浪式的外在表现形式，即波浪式的变形。

2钢结构焊接变形成因

2.1温度控制不当

温度是引起钢结构焊接变形的一个重要因素。当温度达到金属熔点甚至高于

金属熔点时，不一样的金属就会产生不同程度的膨胀。此时，整个钢结构看起来

就会有一种不协调的感觉，即产生了变形。同时，一种金属达到熔点膨胀之后，

这种金属本身也具有了一定的高温，会使周围的金属产生不同程度的膨胀，造成

焊接变形。

2.2钢结构的焊接顺序和方法不当

对钢结构的不同部位进行不同顺序的焊接，可能会引起钢结构的焊接变形。

因为钢结构焊缝处的承载力不同，当优先焊接承载力较小的钢结构时，较大的重

量可能会使钢结构产生扭曲，形成钢结构的焊接变形。

2.3钢结构的材料

每一种材料都有自己的熔点。相同温度下，不同的材料会有不同的膨胀程度。膨胀程度过大或者过小，都会引起钢结构焊接变形，从而影响钢结构的焊接质量。

2.4残余应力

残余应力是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的

内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力，因不均匀塑性变形或相变都可

能引起残余应力。例如机加工吃刀量过大等，都是导致残余应力变形的主要原因。

2.5钢结构的焊缝位置

在钢结构中有一个总焊缝，将总焊缝安排的位置不同，钢结构焊接的变形程

度就不相同。在焊接过程中，钢结构的重力对不同承载力的金属产生相同的压力

效果。合理地选择总焊缝的位置，将能有效的控制钢结构的焊接变形。

3钢结构焊接变形的控制措施

3.1根据钢结构的用途选择合适的材料

钢结构的用途不同，其所承载的重力也就不相同。施工人员应该根据钢结构

的用途选择合适的材料，同时，也应该根据焊缝的位置选择不同熔点的金属，从

而控制钢结构在焊接过程中由于承载力和熔点的不同产生的变形。

3.2合理控制焊接温度

在焊接过程中，控制好焊接温度能够有效地减少甚至避免焊接变形的产生。例如在对一个焊缝处的金属进行焊接时，要尽量避免影响周围的金属。焊接完成之后要进行迅速地降温，以免金属的余温对周围的金属产生影响。

3.3设计合理的焊缝

在钢结构中，连接是较为关键的一个工序，连接部分的承载能力应大于等于整个钢结构的承载能力，即焊缝的强度要略大于钢材的强度。在对焊缝进行设计时，如果焊缝承受较大的载荷，则焊缝的设计强度应加大;焊缝的尺寸也不应设计得过长，过长的焊缝变形的可能性就愈大，也增大了后续矫正的工作量;对T 型接头进行焊缝设计时，焊接应设计为开坡口双面焊，以保证构件的强度。在对焊缝进行设计时，还要考虑到焊缝的总体布局，以减少整个钢结构的变形量，对焊缝的布局进行优化，应遵循以下原则:焊缝设置对于整个钢结构来说应对称，焊缝长度应适中，且焊缝分布应分散开来，平行的焊缝之前要间隔一定的距离。

3.4合理的装配和焊接顺序

在对钢结构进行装配时，应制定合理的装配顺序。在装配之前时，应准备一个水平的平台，以保证构件在平直的状态下进行施工。对于较小的钢结构来说，一次装配就可以完成，然后再进行实施焊接工序;对于较大的钢结构，应先将小件拼接、焊接之后，再进行总体装配、焊接。在拼装时，如果外力过大时，不可进行强制性的组对，以避免焊件产生变形。在对构件进行焊接时，焊接顺序的制定也应遵循一定的原则。在焊接时，后面焊接的部分较之优先焊接的部分变形要小些。因此，在进行对称的构件焊接时，应先把构件拼装好，然后再由2名焊工同时对称实施焊接。如果焊缝分布不对称，则要先焊接焊缝少的一面，后焊焊缝较多的一面，这样一来，焊接的变形就会大大改善。

3.4钢结构焊接要选择合适的方法

焊接方法不同，钢结构焊接变形的程度也就不相同。焊接时线能量的高低在一定程度上决定焊接变形程度的大小。线能量高，则钢结构变形程度大，线能量低，则钢结构变形程度就小。例如埋弧焊可以有效地降低钢翼板焊接时的变形程度。另外，对腹板进行焊接时，施工人员也可以适当地选择埋弧焊。再比如，手

弧焊可以应用在盖面焊接上。当钢结构焊接的截面积不相同时，施工人员选择的

焊接方法也要做相应的改变，以降低焊接变形的程度。

4钢结构焊接变形后的矫正

钢结构焊接的变形问题如影随形，避无可避，变形较小时，有时可以忽略不计，但变形超过要求范围时，应采取一定的措施进行矫正，机械矫正和火焰矫正

是当前比较常用的矫正方法。

4.1机械矫正

机械矫正是将构件收缩变形的部分靠外力敲打的方式进行矫正，使构件恢复

之前的形态。机械矫正的方法具有投入少、且高效的特点，在工业上通常使用较

大吨位的压力机进行矫正。如果变形不甚严重，也可用锤子进行敲击矫正。如果

构件变形是由于焊缝收缩而引生的，则可以用锤子对焊缝的位置进行敲打，在敲

击力量的作用下，焊缝会变得平展，改善之前收缩的形态。机械矫正法适用于塑

性比较好的钢材，如果钢材比较容易脆断，则在敲击力的作用下，会使构件产生

损坏。

4.2火焰矫正法

火焰矫正与焊接的原理相同，都是利用加热的方式使构件的形态发生变化，

焊接是引起变形，而火焰矫正便是对变形进行改善。从加热温度的角度对火焰矫

正法进行分类，可分为以下3种类型:500℃～600℃的低温矫正、600℃～700℃

的中温矫正以及700℃～800℃的高温矫正。矫正温度的选择应立足于钢结构的实

际情况。对于钢结构横梁产生向上的弯曲变形的情况，应选择低温矫正;对纵向

长焊缝变形的情况，应采取两端加热的方法，以减小焊接产生的残余应力，使弯

曲变形得到有效改善。

5结语

钢结构在现在生活各个领域的应用十分广泛，尤其是建筑行业。而建筑业又

与人民的生命财产息息相关，施工人员稍有不慎，便可能造成严重的后果。因此，钢结构的质量在一定程度上体现了建筑工程的质量。随着社会的发展，钢结构焊