接全过程。本文详细总结了高层钢框架结构施工中焊接变形的种类，并对焊接变形成因分析做了系统分析。结合工程实际情况，总结了一些减少和预防焊接变形的方法，给出了两种矫正焊接变形的手段。
关键词：焊接变形；变形成因；预防方法；矫正手段
引言
许昌空港新城20#楼项目位于许昌市魏武大道与天宝路交叉口东南区域。由许昌空港新城置业有限公司投资开发，杭萧钢构股份有限公司负责施工。本工程一期项目总建筑面积约为23385.54 m2，楼高约53m。设计使用年限50年，抗震设防烈度为7度。该工程将采用当今最为时尚、节能、环保的钢结构框架形式，建成后将成为许昌市乃至全国最先进、最具代表性的高层钢结构框架支撑体系住宅楼。
钢结构具有结构性能良好、建设工期短、节能、环保等优点，所以在工业与民用建筑中广泛应用[1] [2]。焊接对钢结构来说是一把双刃剑，焊接变形作为钢框架结构施工变形的主要影响因素，十分复杂。它成就了钢结构建设的高速度，但是钢结构在焊接时产生的变形问题，也会极大地影响钢结构的施工质量。本工程结合施工实际情况，通过合理分析，科学控制，从而保证了施工质量和经济效益[3] [4] [5]。
1 变形种类分析
钢结构经过焊接加工后，都会发生一定的形状改变，这就是焊接变形。结合工程经验，钢结构焊接变形的基本形式有[6]：
1.1 线性变形
a、纵向变形:是焊缝纵向收缩引起的；
b、横向变形:是焊缝横向收缩引起的。
1.2 角变形
贴角焊缝上层焊量大，收缩量也大，因此角变形主要是焊缝在其高度方向横向收缩不均匀引起的。
1.3 弯曲变形
对丁字型截面，焊缝收缩对重心有偏心距，因而使截面向上弯曲，所以弯曲变形是偏心焊缝的纵向收缩引起的。
1.4 扭转变形
钢结构焊接过程中，有些特殊的结构形式会出现波浪线型或螺线型变形即为扭转变形，其成因较为复杂。
2 焊接变形的成因分析
焊接变形产生的原因是由于焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀加热，以及随后的不均匀冷却作用和结构本身或外加的刚性拘束作用，通过力、温度和组织等因素的变化，从而在焊接接头区产生不均匀的收缩变形，焊缝的纵向和横向缩短是引起各种复杂变形的最主要原因。
2.1 结构刚度
所谓刚度，即结构抵抗拉伸和弯曲变形的能力，它主要取决于结构的截面形状及其尺寸大小。如桁架的纵向变形，主要取决于横截面面积和弦杆截面的尺寸；工字型、丁字型或其它形状截面的弯曲变形，主要取决于截面的抗弯刚度。
2.2 焊缝位置和数量
在钢结构刚性不大时，焊缝在结构中对称布置，施焊程序合理，则只产生线性缩短；当焊缝布置不对称时，则还会产生弯曲变形；焊缝截面重心与接头截面重心在同一位置上时，只要施焊程序合理，则只产生线性缩短；当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，则还会产生角变形。
2.3 焊接工艺
焊接电流大，焊接速度慢，焊条直径粗，都会造成焊接变形大；自动焊接的变形较小，但焊接厚钢板时，自动焊比手工焊的焊接变形稍大；多层焊时，第一层焊缝收缩量最大，第二、三层焊缝的收缩量则分别为第一层的20%和5%～10%，层数越多，焊接变形越大；断续焊缝比连续焊缝的收缩量小；对接焊缝的横向收缩比纵向收缩大2倍～4倍；焊接次序不当或未先焊好分部构件，然后总拼装焊接，都易产生较大的焊接变形。因此，在施工时合理的焊接工艺措施尤为重要。
3 预防和减少焊接变形的方法
3.1 放样和下料措施
为了补偿施焊后焊缝的线性收缩，梁、桁架等受弯构件放样时要起拱，放样下料时要留出收缩余量。收缩量与很多因素有关，实际生产时要依靠工艺试验来确定。
放拼装台时要放出收缩量，一般受弯构件长度不大于24ｍ时放5ｍｍ，长度大于24ｍ时放8ｍｍ。
3.2 装配和焊接顺序
钢结构制作拼装的平台应具备标准的水平面，平台的钢度应保证构件在自重压力下，不失稳、不下沉，以保证构件的平直。小型结构可一次装配，用定位焊固定后，以合适的焊接顺序一次完成。大型钢结构如大型桁架，尽可能先用小件组焊，再总体装配和焊接。构件组装时，为使焊接接头均匀受热以消除应力和减少变形，应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和Ｔ形贴角连接的尺寸正确，其形式、尺寸应符合设计和焊接规范要求。
3.3 焊接工艺措施
焊接施工时，应选择合适的焊接电流、速度、方向、顺序，以减少变形。焊接金属构件时，应先焊短，后焊长；先焊立，后焊平；先焊对接缝，再焊搭接缝，应从中间到两边，从里到外焊接。集中的焊缝应采用跳焊法，长焊缝采用分段退步焊和对称焊接法。
3.4 反变形法
拼装时，根据工艺试验和施工经验，使构件向焊接变形相反方向作适量的预变形，以控制焊接变形。这种方法需要预先进行试验，根据焊缝的设计要求，调整好焊接规范，选用材质和规格相同的钢板预先做一个试件进行焊接，使焊缝形式、焊角高度符合设计要求，焊完冷却到环境温度后测量翼板的变形量，把所测量的数值作为压制反变形的参数，压力机在翼板中心线上压出变形量的数值，使翼板的两端预先呈上翘状态，抵消焊接变形量，焊后正好持平。采用这种方法需要一台相应吨位的液压压力机。
3.5 刚性固定法
焊接时在平台上或在重叠的构件上设置夹具固定构件，增加刚性后，再进行焊接，这样焊接中的加热和冷却的收缩变形，被固定夹具等外力所限制，但这种方法只适应塑性较好的低碳结构钢和低合金结构钢，不适应中碳钢和可焊性更差的钢材，因为焊接应力常使焊件产生裂纹。
4 焊接变形矫正方法
构件发生弯曲和扭曲变形的程度超过现行钢结构规范和设计要求时，必须进行矫正。变形矫正的方法有:机械矫正法、火焰矫正法和混合矫正法。施工时，可以根据实际情况合理选用，矫正时要遵守以下原则:先总体，后局部；先主要，后次要；先下部，后上部；先主件，后副件。
4.1 机械矫正法
机械矫正法是利用机械力的作用，以矫正焊接变形，常采用撑直机、压力机、千斤顶及各种小型机具顶压矫正构件变形。矫正时，将构件变形部位放在两支撑之间，对准构件凸出部位缓慢施力，即可矫正变形。
4.2 火焰矫正法
采用火焰矫正的原理与焊接变形的原理相同，只是反其道而用之，通过给金属输入热量，使金属达到塑性状态，从而产生变形，构件被局部加热后，依靠加热区的膨胀与收缩差，使构件按照预定的方向发生变形，从而达到矫正的目的。
用火焰加热矫正构件时，一定要让构件处于自由状态，一些自重较大的构件加热后要用吊具提起离开平台，以免自重产生的摩擦力阻碍变形，影响矫正效果。采用火焰矫正法，20ｍ长的钢柱其侧向弯曲和起拱量可以矫正在6ｍｍ之内，翼板下挠度可控制在2ｍｍ内，远远低于规范要求。但是用火焰矫正，在实际施工中很难定量地确定加热部位、加热温度、时间、区域长度等，主要靠积累经验，因此，在准备矫正构件时，要选择有一定矫正经验的人员担任此项工作，并且人员要相对固定。
5 结论
本文结合工程实际案例，分析了钢结构焊接施工中对变形预防控制和矫正的一些现实方法，但何时应用何种方法并无明确的规定，通常要根据结构形式和施工方案，并结合丰富的施工经验才能取到事半功倍的效果。随着建筑市场的发展，新设备的大量使用，各种施工工艺都有新的发展，对于预防和处理焊接变形，会出现更有效的处理方法。
参考文献：
[1]魏明钟.钢结构.武汉:武汉工业大学出版社,2000.
[2]陈绍蕃.钢结构设计原理.第二版.北京:科学出版社,1998.2.
[3]汪建华,戚新海,钟小敏等.焊接结构三维热变形的有限元模拟.上海交通大学学报,1994, 28(6): 59-65.
[4]汪建华等.预测焊接变形的残余塑变有限元方法.上海交通大学学报,1997, 31(4): 53-56.
[5]汪建华.焊接结构三维热变形的有限元模拟.上海交通大学学报，1994.28(6): 59-65.
[6]中华人民共和国国家标准.建筑钢结构焊接技术规范.JBJ81－200.