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摘要：建筑构件和结构的变形使其外形不符合设计图纸和验收要求，不仅影响最后装配工序的正常进行，而且还有可能降低结构的承载能力。如已产生角变形的对接和搭接构件在受拉时将引起附加弯矩，其附加应力严重时可导致结构的超载破坏。有鉴于此，必须对焊接变形不同类型和原因进行全面分析，并采取有力措施控制焊接变形量，以确保不断提高生产效率和钢结构工程质量，降低企业生产成本。
关键词：建筑钢结构；焊接变形；控制分析
引言
作为钢结构应用过程中的重要工作之一，对其焊接变形的控制在近期得到了有关方面的高度关注。该项课题的研究，将会更好地提升对其焊接变形控制的实践水平，从而有效优化钢结构应用的最终整体效果。
1.建筑钢结构焊接残余应力的概述
1.1焊接残余应力的介绍
在焊接建筑钢结构焊件时，其中产生的热应力、相变应力以及加工应力完全超过屈服极限，将会导致建筑钢结构焊件在冷却之后产生没有及时消除的应力，这也就是焊接残余应力。在建筑钢结构进行焊接的过程，其将会受到不均匀温度场的影响，造成局部塑性变形问题以及比容不同组织，所以产生了严重的焊接应力与变形问题。在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，可能会造成焊接材料产生变形翘曲的问题，甚至在后期导致焊接部位开裂与应力腐蚀等等一系列问题，从而使建筑钢结构焊接件的使用寿命大大降低，使建筑钢结构焊接的可靠性降低。在测量建筑钢结构焊接应力时，可以采用中子衍射、X射线衍射、小孔法、轮廓法、盲孔法等多种方法，进而了解建筑钢结构焊接连接的稳定性和强度。
1.2建筑钢结构焊接中残余应力产生的原因
目前，在工业化社会发展进程中，建筑钢结构焊接加工技术在各行各业中得到广泛应用，在建筑钢结构焊接加工中容易产生各种残余应力，这些残余应力出现的主要原因在于受热不均匀，所以会导致建筑钢结构焊接中出现纵向或者横向残余应力。同时，在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，也受到其它多方面因素的影响，主要表现为以下几个方面：
（1）建筑钢结构材料性能以及力学性能不达标
在建筑钢结构焊接加工中，由于建筑钢结构材料接受的焊接加热温度不均匀，所以出现了横向或纵向梯度的残余应力，而出现焊接加热温度不均匀的现象主要受到这样几方面因素的影响，首先，不同的金属材料建筑钢结构对于温度感应具有各种不一样的反应，所以会导致比热容出现变化，引发建筑钢结构焊接部位结构产生变化。同时，在建筑钢结构焊接加工中，焊接位置的密度、导热系数、热膨胀系数以及密度等等因素也会产生较大的影响，从而使建筑钢结构材料焊接受热不均匀，从而出现大量的残余焊接应力。
（2）热源不同也会导致焊接残余应力产生
对于建筑钢结构焊接加工而言，热源起到重要的作用，但是焊接热源不一样，也会出现不一样的焊接残余应力。一般在金属焊接过程中，使用电能、化学能作为焊接热源，从而产生电弧焊热源以及电子束热源。当建筑钢结构焊接中应用的热源存在较大的差异，就会导致温度场表现出差异，最终出现不同的焊接残余应力，使建筑钢结构焊接出现各种不同的变形情况。
2.建筑钢结构焊接残余应力对建筑钢结构材料造成的影响
通过对建筑钢结构焊接加工产生残余应力的原因进行深入分析，在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，将会对焊接材料的性能产生这样几点影响：
2.1稳定性
在建筑钢结构焊接加工中，保证建筑钢结构的稳定性至关重要，这也是为了提高建筑钢结构焊接加工质量。如果建筑钢结构的稳定性没有满足相关质量标准，那么将会导致建筑钢结构构成的质量较低，无法满足应用要求。在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，将会导致焊接部位出现变形问题，无法保证建筑钢结构的稳定性，而且会在应用中出现严重的问题。
2.2疲劳强度
在建筑钢结构焊接加工中，疲劳强度主要指的是使用寿命，通过检测疲劳强度，能够了解建筑钢结构的整体质量。钢结构疲劳强度主要为性能不出现变化的时间长短，当刚接焊接残余应力扩大之后，将会影响建筑钢结构的疲劳强度，甚至降低建筑钢结构材料的使用寿命，使建筑钢结构材料出现报废状态，无法正常应用。
2.3强度和刚度问题
从一定意义上来看，在建筑钢结构进行焊接加工时，焊接部位的强度必然会受到影响，在焊接残余应力的影响作用下，将会导致焊接部位呈现薄弱的状态，进而降低焊接部位的强度。如果无法确保焊接结构的整体强度提高，将会对整个建筑钢结构的整体质量造成影响，使建筑钢结构变得非常脆弱，影响整体性能。与此同时，在建筑钢结构材料进行焊接时，焊接部位受到外力的影响，将会导致焊接部位出现弯曲问题，在建筑钢结构进行机械生产时，其中的残余应力将会导致焊接结构出现比较松散的状态，影响了建筑钢结构的整体刚度。
2.4裂缝问题
在建筑钢结构焊接加工中，如果产生较大的残余应力，将会导致焊接结构中出现裂缝问题，裂缝没有及时进行处理，破坏程度也将逐渐扩大，最终使整个建筑钢结构零部件出现开裂问题。
3.建筑钢结构焊接变形控制
3.1加强建筑钢结构焊接节点的构造设计
建筑钢结构的焊接接头构造形式多，更复杂。在钢结构的焊接结构设计中，应注意以下几点：（1）减少焊接钢结构的数量和尺寸，对钢结构的焊接数量、尺寸较大，那么相应的焊接热源对结构的热输入就越大，产生较大的焊接变形。因此，在设计钢结构接头时，应努力减少焊缝的数量和尺寸。（2）根据不同的焊接工艺，合理选择焊缝的槽形和尺寸。进行钢结构焊接节点的结构设计，确保在使用合适的槽形和尺寸的情况下，结构具有足够的承载能力，减少焊缝截面面积和结构的焊接变形。（3）焊缝位置对焊缝部位的中性轴的焊缝位置尽可能对称于轴的轴线，或尽可能接近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构挠度有良好的效果。（4）采用刚性较小的节点形式，减少焊缝中缝集中和双向、三向相交，从而减少焊接点处的热量和应力，从而降低焊接变形。（5）焊接操作容易避免，无法避免时，在钢结构的施工过程中，应尽量避免焊缝中的焊接位置，以利于操作，确保焊接质量。无法避免的，应要求掌握焊机的所有位置焊接操作技能。（6）在焊缝处应避免使用高应力区。焊接区的应力越大，焊接变形越容易产生焊缝裂纹。（7）建筑钢结构的结构形式不同，对焊接接头设置有不同的要求。
3.2焊接手法的选择
首先，要正确的选择焊接工艺：（1）在钢结构组装的时候要尽可能的将可以组装的零件组装起来，在进行焊接，以此降低弹性变形或者整体钢结构的刚性；（2）在对称的截面要采取对称焊接的方式；（3）对于不对称的截面，要先操作焊接点比较少的一面，这样的话另外一面的焊接产生的应力可以抵消掉之前焊接产生的应力；（4）遇到焊缝比较长的钢结构的时候，在确保质量的基础之下，可以进行分段性的焊接工作，同理也是抵消掉焊接产生的应力。其次，在焊接的时候有几种方式可以有效的控制变形：（1）焊接的时候可以使用反变形法进行焊接，这样产生的应力也会抵消点；（2）通过刚性固定的方式加以固定；（3）对于不对称的部位进行热平衡法进行焊接，使用热平衡法的时候可以先对弯曲度比较小的位置进行焊接，其具体的操作是在焊接的时候要确保火焰加热的方向是焊缝相对的区域，此方法对于加热参数值的要求比较高，人为操作的时候一般无法正确的掌握，因此需要依靠计算机精准计算。
3.3加强建筑钢结构焊接施工过程的管理
要想从根本上控制建筑钢结构焊接变形，必须在施工过程中加强对施工人员的管理。（1）要求焊接人员在进行焊接作业时必须经过严格的培训，使其取得相应的资格证书后进行施工。（2）对建筑钢结构的焊接人员进行定期与不定期培训，使其在进行焊接工作时，拥有极强自身的责任心，根据设计的要求图样与焊接工艺评定指导中的要求进行焊接工作，提高焊接人员的工作水平。
3.4钢结构焊接应力控制
（1）加强焊接温度控制
在钢结构焊接施工过程中，严格控制焊接温度，能有效避免产生焊接变形，比如，在对一个焊缝处的金属进行焊接时，应该尽量避免对周边金属造成影响。焊接施工完成后，应该及时采取有效措施进行降温，避免金属余温对周边金属造成不良影响。除此以外，如果焊接施工顺序安排不当，也会造成焊接变形，因此还需要结合工程实际需要合理安排焊接顺序，比如，施工人员要消除挠曲变形，可以对钢结构进行上下焊接或者对角焊接。
（2）合理选择焊接缝位置
基于相同的承载力，若是焊缝位置不同也会导致钢结构出现不同程度的焊接变形。施工人员要尽量降低钢结构金属收缩量，采用合适的焊缝位置，充分降低梁和柱构件变形，取中性轴对称或截面作为焊缝位置较好。
（3）消除残余变形
在钢结构焊接施工过程中，造成结构发生变形的因素有很多，包括温度、重力、钢结构材料、承载力等等，另外，焊接施工环境以及焊接施工工艺也会对焊接变形造成一定的影响，因此，在焊接施工过程中，必须积极总结经验，并采取有效的预防措施。加热矫正引起的应力会与焊接应力叠加，同向应力叠加甚至可能会使构件的总应力超过允许应力，从而导致构件承载力增大引起结构破坏。对于钢结构焊接变形，有一部分可以在焊接施工工程中有效避免，而另外一部分则可以在施工过程中进行有效控制，提高焊接生产效率，保证工程施工质量，而这就要求在钢结构制作过程中合理选择施工工艺，尽量避免构件发生形变。
结语
总而言之，在科学技术快速发展的推动下，为了有效控制建筑钢结构焊接残余应力与变形问题，需要加强应用先进的操作技术，注重保护建筑钢结构的强度、刚度与稳定性，延长使用寿命，减少裂缝问题，才能促进建筑钢结构焊接加工朝着精细化发展。
参考文献：
[1]李宝文.浅析建筑钢结构焊接变形控制分析[C]//课堂教学改革专题研讨会.2017.
[2]韩路路.建筑钢结构焊接变形的原因分析及其控制[J].引文版：工程技术，2015（42）：125-125.
[3]李刚.建筑钢结构焊接技术发展趋势分析[J].山西建筑，2016，42（24）：109-110.
[4]李进卫.破解建筑钢结构焊接变形的技术探讨[J].特钢技术，2016，22（01）：13-18+22.
[5]李强国.建筑钢结构焊接施工的质量控制分析[J].中国新技术新产品，2014（06）：115.