摘 要：本文根據安慶石化加熱爐鋼結構制造過程和長期的大型鋼結構制造經驗，對大型鋼結構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，結合實際生產提出了防止大型鋼結構焊接變形的防控措施和變形的糾正措施。
關鍵詞：大型鋼結構;焊接變形;原因分析;變形類型;防控糾正
隨著國民經濟的不斷發展，國內結構設計越來越多的采用了大型鋼結構的形式。與其他形式和材料相比，大型鋼結構有很多的優良性能，比如強度高，塑性韌性好;材質均勻，相對重量輕;良好的工藝性能;施工周期短;便于回收等等。鋼結構的連接普遍采用焊接的方式，但是由于部分鋼結構外形尺寸較大、焊接工藝不合理等等因素造成大型鋼構發生變形，不僅僅影響了鋼結構的外觀和使用性能，更是直接影響到鋼結構使用的安全性和可靠性。
1、鋼結構變形類型
在焊接大型鋼結構的過程中，由于對焊接大型鋼結構部件進行了局部的、不均勻的加熱，這是產生焊接應力和變形的根本原因。在焊接過程中焊接電弧產生了高溫，從而使鋼結構在焊縫及其周圍產生了不同程度的膨脹，另外焊接完成后在大型鋼結構焊接構件內存在焊接殘余變形，其中焊接殘余變形是對鋼結構影響最大、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構報廢。
焊接殘余變形按其表現的特征可分為：收縮產生的變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形和錯邊變形等;按其對整個結構影響程度不同，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。而大型鋼結構發生較多、影響較大的變形類型是結構整體焊接變形。
2、鋼結構變形原因
造成大型鋼結構件焊接變形的因素主要有設計和工藝兩個方面。設計方面指結構設計的不合理，比如焊縫的位置設置不合理、焊接坡口的形式不適合等;鋼結構不具有可靠的剛度，不能夠抵抗拉伸和彎曲變形的能力。鋼結構的剛度主要取決于結構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。大型鋼結構整體的焊接順序和對稱性對整體結構的影響巨大，如果焊接順序和對稱性布置較好，構件的變形主要就是線性變形，否則就會發生扭曲等多種復雜、難以控制的變形。
工藝方面指不合理的焊接工藝規程，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構裝置，長度達17米，寬9.3米，高8.25米。為了防止制造過程中出現大的焊接變形，我們從設計到工藝采取了各種防控措施，有效的控制了鋼結構的焊接變形，確保了工程質量。
首先，優化焊接構造設計
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量和大小入手。鋼結構焊縫數量越多、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構焊接節點構造設計時，盡量的控制了焊縫的數量和大小，盡可能的減少焊接變形。立柱設置的位置處于構件截面的對稱處，結構中性軸焊接節點的位置設置的H350型鋼在構件截面的中性軸對稱位置，每側鋼結構由中間向兩側均布的3條H350型鋼組成，兩端兩條由H300型鋼焊接，采用對稱設置的方式，避免了單向焊接大的變形可能。焊接柱頭節點選擇對稱和均布形式，在滿足設計強度的情況下選用盡可能小的剛性節點形式，這樣避免由于焊縫集中而導致的高溫和焊縫應力集中，從而減少焊接變形。
其次，優化工藝措施
①組對和焊接順序。安慶加熱爐鋼結構的組對設置在一個標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，不會出現鋼構件失穩和下沉的現象，可以滿足鋼結構組對的基本要求。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、大小與構件的設計和焊接規范一致。
②采用預先反變形。大型鋼結構焊縫在冷卻過程會產生收縮反應，減小工件焊接后的尺寸或產生變形，為了盡可能的減小熱脹冷縮帶來的變形影響，在大型構件焊接時常用預先反變形的方法。反變形方法是在進行焊接前使構件預先發生變形，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，在焊接兩側側墻柱頭時，為了防止柱頭焊接后單向彎曲變形，在焊接前預先在背面施加壓力，使H型鋼產生一個小的變形，在焊接柱頭后，由于冷卻收縮拉力，剛好使鋼結構立柱變形拉回，保證了整體尺寸的垂直度。
③提前增加剛度。在焊接大型鋼結構之前，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，減小整個結構的變形。
④配鉆組對焊接。安慶加熱爐鋼結構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構的焊接變形，達到了確保工程質量的目的。
4、變形糾正
焊接難免都會出現變形，特別是大型鋼結構的焊接，焊接變形量的控制更加困難，但是為了達到設計和規范的要求，針對部分焊接出現變形的位置需要進行焊接結構件的矯正。
對于出現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構施加機械外力的敲打拉伸等，容易產生斷裂;火焰矯正需要考慮對結構件其他部位的影響。
5、結論
通過長期對大型鋼結構的制造總結和安慶加熱爐的鋼結構設計施工過程，我們掌握了大型鋼結構焊接過程，防止變形的預防性措施和科學合理的結構設計和焊接工藝，可以提高整個大型鋼結構的焊接質量和工程質量，可以減少或避免大型鋼結構焊接后出現的變形，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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