浅析建筑钢结构焊接变形控制分析

摘要:现代建筑中,钢质材料的应用变的越来越普遍,在钢质材料的拼装过程中应用最为广泛的技术手段就是焊接技术。在焊接的过程中,由于靠近焊接点附近的温度变化过程过快,会在焊接点附近产生应力,从而影响焊接效果,产生焊接形变。焊接形变的产生,会对建筑钢结构的影响直接表现为钢体尺寸,进而影响拼装和工程进度。本文从钢结构的特点出发,分析了建筑钢结构焊接变形的表现形式和产生焊接变形的原因,介绍了建筑钢结构控制焊接变形的措施,
关键词:建筑钢结构;焊接变形;变形控制;焊接应力
1 建筑钢结构简介
改革开放给我国各个行业产生了巨大的冲击,各个行业都得了蓬勃的发展,尤其是近年来科技的进步,尤其是焊接技术的发展,建筑钢结构的优势被体现的越来越明显,被广泛的应用于各大建筑当中,其中我国比较著名的有“鸟巢”、“水立方”、CCTV新址大楼、广州新电视塔、上海环球金融中心、杭州湾跨海大桥等。这些建筑都达到了国际领先水平,受到了业内的广泛好评,充分显示出了建筑钢结构的高、大、新、奇等技术特点,以其独自的建筑风格,吸引人们的眼球,给人们带来了视觉上的冲击。
建筑钢结构的迅速发展,离不开焊接技术的创新与发展。焊机技术手段的提升是制约建筑钢结构发展的一项重要课题,值得研究人员作进一步的努力,以提高焊接技术。随着建筑钢结构的广泛使用,建筑钢结构的焊接变形问题也逐渐被人们所发现,人们在使用建筑钢结构的过程中,焊机变形对钢结构的尺寸影响由为严重,而由于钢结构的尺寸变化引起的外形美观、安装及质量问题是人们所不能接受的。因此,为了保证建筑钢结构工程质量和外形美观性,分析引起焊接变形的各方面原因,以采取一定的技术手段控制焊接变形,以提高生产效率和经济效益具有重要意义。
2 建筑钢结构焊接变形的形式及变形原因分析
2. 1 建筑钢结构焊接变形的基本形式
按建筑钢结构焊接的残余变形对整个建筑钢结构影响程度划分,可以将建筑钢结构焊接变形分为结构整体变形和结构局部变形两种基本形式;结构局部变形包括:角变形和波浪变形。结构整体变形包括:收缩变形、、弯曲变形、、扭曲变形和错边变形。在建筑钢结构焊接变形中发生的多为结构整体变形,结构局部变形相对来说,发生的较少。
2.2 建筑钢结构焊接变形的形成原因分析
在建筑钢结构工程建设中,了解影响建筑钢结构焊接变形的形成原因,理解并掌握其中的规律,才能采取合理恰当的技术手段来控制建筑钢结构焊接变形。引起建筑钢结构焊接变形的形成原因主要有以下几点:
(1)建筑钢结构组成的基本构件中存在没有达到技术要求和形位公差的构件,因此,在建筑钢结构的焊接过程中会发生超公差现象,进而引起焊机形变;
(2)建筑钢结构各个组成构件拼装公差规范不严格,彼此的间隙过大或过小,在焊接的过程中会产生焊接形变;
(3)在建筑钢结构焊接的过程中,弱焊缝在构件截面上不是称对称分布分布,则会在改界面上产生法向力,从而引起构件的弯曲形变;
(4)在建筑钢结构组装焊接过程中,焊缝坡口形式,焊接的次序、方法、操作规范、焊缝位置、尺寸及数量等选择不当,这些因素都会引起焊接形变。
3 建筑钢结构焊接变形的控制措施
3.1 建筑钢结构焊接节点构造设计
控制建筑钢结构焊接变形,焊接节点的设计由为重要,应注意以下几点:
(1)在建筑钢结构的高应力区应尽量避免焊接,因为在高应力区在焊接的过程中会产生很大的高压应力,这和容易引起钢结构界面的形变而产生焊接形变,严重的还可能发生钢材断裂造成不必要的损失;
(2)在焊接的过程中,应尽量的使焊缝位置与构件截面的中性轴对称;这样做能有效的降低构件截面的弯曲形变;
(3)在设计的过程中,要充分考虑构件的整体性,尽量做到使用最少的焊接数量最小的焊缝尺寸达到设计要求。建筑钢结构中,焊缝的数量和尺寸越大,产生焊接形变的概率就越大,在设计中减少焊缝数量,降低焊缝尺寸大小也是控制焊接形变的重要手段之一;
(4)在节点形式的选择上尽量使用刚性小的节点,并尽可能的不出现焊缝集中和双向、三向相交的现象发生。因为,在焊缝交叉点处会有较为集中的应力和热量,容易产生焊接变形;
(5)在设计的过程中还应充分考虑操作性和安全性,尽量避免仰视焊接操作和死角焊接操作,尽量避免因操作人员的操作位置不当所引起的焊机变形和事故的发生;
(6)在设计的过程中应充分考虑具体工程中钢结构的特性特点,对焊接节点进行设计,尽量做到一个工程一个设计方案,避免多个工程同一方案的现象发生。
3.2 焊接工艺措施的选择
在建筑钢结构的焊接过程中合理的焊接顺序至关重要,焊接顺序的选择合理能够有效的减少焊接形变的发生,在焊接顺序的选择上应注意一下几点;
(1)在钢结构工程施工过程中,应尽量能先拼装的部分拼装成整体后在进行焊接。这样做能够增加整体钢结构的刚性,减少弹性形变,不利于焊接变形的产生;
(2)对于对称界面的钢结构构件应该选用对称焊接的方法进行焊接操作。对于分布均匀的钢结构,采用对称焊接能够减少焊接形变的产生。
(3)对于不是均匀分布的钢结构在焊接操作的过程中,应该先焊焊点较少的一侧。因为对于不对称的钢构件来说,不论先焊接哪一侧都会使构件产生法向应力,从而使构件发生形变,先焊接焊缝较少的一侧在焊接焊缝较多的一侧,这样后产生的法向应力能够抵消先产生的法向应力,起到减少焊接变形的作用。
(4)在焊接的过程中,遇到焊缝较长的情况下,在工程质量能够得到保证的前提下,可以将长焊缝变成分段焊缝,并在焊接的过程中适当的改变焊接点附近的焊接方向,这样做可以起到焊接前后应力相互抵消的作用,也能够起到减小焊接变形的作用。
在工程实践中,采用以下几种方法也能起到控制焊接变形的作用:
(1)反变形法
反变形法就是在焊接操作前,在钢结构的装配过程中,根据焊缝的方向,将钢结构拼装成与焊接方向相反的方向,并按预测的焊机变形装配。这样做可以使焊接后产生的焊接变形因为装配的原因得以抵消,起到较少焊接变形的作用。
(2)刚性固定法
刚性固定法就是通过对构件外加刚性的方法以达到在焊接过程中减少焊接形变的方法。
(3)热平衡法
对于分布不均与对称的钢结构构件在焊接的工程中产生的法向应力,可以通过热平衡法较小弯曲变形。具体做法就是在钢结构焊接的过程中,在与焊缝相对的位置和方向上使用气体火焰对钢结构一起加热,这种方法对加热参数的选取要求较高,不利于人工操作,适合于计算机自动化操作。
3. 3 控制建筑钢结构焊接变形的焊接施工管理措施
在建筑钢结构建筑工程的施工过程中,对于施工人员的有效管理也是控制建筑钢结构焊接变形的行之有效的手段之一。
(1)焊接人员必须持证上岗,并经过专业培训结构培训合格,且具有相当时间的工程实践基础;
(2)建筑钢结构焊接人员应该具备强烈责任心和时代感,能够严格按照设计要求和焊接工艺手段进行焊接施工;
(3) 建筑钢结构工程在工程施工的过程中应严格按照国家工程质量监督标准进行焊接施工,确保工程质量。
4 结论
本文对钢建筑结构的基本状况进行了理论分析,建筑钢结构在未来的发展过程中必将成为以后建筑业的主体,对影响焊接变形的因素进行了分析,提出了减少焊接变形的方法和措施,对工程实践上应该有一定的指导意义,本文还存在很多的不足之处,在以后的工程实践中将会进一步的学习提高。
参考文献:
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[2] 柴昶.建筑钢结构——现代建筑的脊梁[N];中国冶金报;2001年
[3]王大志.焊接结构件制造的质量控制[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
[4]于航.大秦铁路给煤设备制造质量控制[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年

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