淺析鋼結構焊接變形的火焰矯正法

摘 要:本文主要結合多年從事本工種經驗，闡述鋼結構變形的主要種類，介紹焊接變形的火焰矯正方法。

關鍵詞:火焰矯正焊接變形施工方法

中圖分類號:TV34文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0036-01

引言

焊接技術在工業中應用的歷史并不長，但它的發展確實非常迅速的。在短短的幾十年中焊接已在許多工業部門的金屬結構中，如建筑鋼結構、船體、鐵道車輛、壓力容器中幾乎全部取代了鉚接。目前，鋼結構已在廠房建筑中得到廣泛應用。而鋼結構廠房的主要構件是焊接H型鋼柱、梁、撐。這些構件在制作過程中都存在焊接變形問題，如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結構整體安裝，還會降低工程的安全可靠性。實踐證明，多數變形的構件是可以矯正的。矯正的方法都是設法造成新的變形來達到抵消已經發生的變形。在生產過程中普遍應用的矯正方法，主要有:機械矯正、火焰矯正、綜合矯正。

1 火焰加熱矯正法

火焰矯正是利用氧—乙炔火焰或其它氣體火焰(一般采用中性焰)局部加熱時產生壓縮塑性變形，使較長的金屬在冷卻后收縮，來達到矯正變形的目的。具體方法是將變形構件的局部(變形處)，加熱到600～800℃的溫度，此時鋼板呈褐紅色至櫻紅色之間，然后讓其自然冷卻或強制冷卻，使這些局部在冷卻后產生收縮變形來抵消原有的變形。火焰矯正較難操作，方法掌握、溫度控制不當還會造成構件新的更大變形。因此，火焰矯正的關鍵是掌握火焰局部加熱時引起變形的規律，以便定出正確的加熱位置和加熱范圍，否則會得到相反的效果。火焰矯正法在使用時，應控制溫度和重復加熱的次數。火焰加熱法采用一般的氣焊焊矩，不需要專門的設備，方法簡便，比較機動，可以在船舶等巨型結構上進行矯正，因此在生產上廣泛應用。這種方法不僅適用于低碳鋼，而且還適用部分低合金結構鋼的矯正，塑性好的材料可以用水強制冷卻(易淬鋼除外)。

2 鋼結構焊接變形的種類與矯正

2.1 鋼結構焊接變形的種類

焊接變形是焊后殘存于結構中的變形。1)縱向收縮變形:構件焊后在焊縫方向發生收縮。2)橫向收縮變形:構件焊后在垂直焊縫方向發生收縮。3)彎曲變形:構件焊后發生撓曲，由焊縫縱向收縮引起和橫向收縮引起。4)角變形:焊后構件的平面圍繞焊縫產生的角位移。5)波浪邊形:焊后構件呈波浪形。以上幾種類型的變形，在焊接結構生產中往往并不是單獨出現的，而是同時出現，互相影響的。焊接變形是焊接結構生產中經常出現的問題。焊接變形不但影響結構尺寸的準確和外形美觀，而且有可能降低結構的承載能力;焊接結構件上出現了變形，就需要花許多工時去矯正。

2.2 鋼結構的主要構件是焊接H型鋼柱、梁、撐

由于H型鋼柱、梁、撐的長度與高度之比較大，焊后容易產生彎曲變形，當焊接順序不正確時，還會產生扭曲變形。焊接變形經常采用以下三種火焰矯正方法:1)點狀加熱法。此法常用于矯正厚度在8mm以下的鋼板的波浪變形。2)線狀加熱法。火焰沿著直線方向移動，或者同時在寬度方向作橫向擺動，形成帶狀加熱。3)三角形加熱法。加熱區域呈三角形狀，多用于矯正彎曲變形。

2.3 解決不同部位的施工方法

以下為火焰矯正時的加熱溫度(材質為低碳鋼):

低溫矯正，500～600℃，冷卻方式:水冷;

中溫矯正，600～700℃，冷卻方式:空冷和水冷;

高溫矯正，700～800℃，冷卻方式:空冷。

火焰矯正時加熱溫度不宜過高，過高會引起金屬變脆、影響沖擊韌性。

1)角變形的矯正:在翼緣板上面縱向線狀加熱(加熱溫度控制在650℃以下)，要注意:①不應在同一位置反復加熱;②加熱過程中不要進行澆水。線狀加熱分為三種方法:①直通加熱;②鏈狀加熱;③帶狀加熱。加熱線的橫向收縮大于縱向收縮，應盡可能發揮加熱線的橫線收縮的作用。加熱線的寬度越大，橫向收縮也越大，加熱線寬度一般取鋼板厚度的0.5～2倍左右。注意加熱范圍不超過兩焊腳所控制的范圍，所以不用水冷卻。

2)彎曲變形的矯正:①在翼緣板上，對著縱長焊縫，由中間向兩端作線狀加熱，即可矯正彎曲變形。為避免產生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進行。可采用低溫矯正或中溫矯正法，同時用水冷卻，亦稱為水火矯正。這種方法有利于減少焊接內應力，但這種方法在縱向收縮的同時有較大的橫向收縮，較難掌握。②翼緣板上做線狀加熱，在蓋板上作矩形加熱和在腹板上作三角形加熱。用這種方法矯正柱、梁、撐的彎曲變形，效果顯著，橫向線狀加熱寬度一般取20～90mm，板厚小時，加熱寬度要窄一些，加熱過程應由寬度中間向兩邊擴展。線狀加熱最好由兩人同時操作進行，再分別加熱三角形，三角形的寬度不應超過板厚的2倍。加熱三角形從頂部開始，然后從中心向兩側擴展，一層層加熱直到三角形的底為止，可以用兩個或更多個焊矩同時加熱。加熱腹板時溫度不能太高，否則造成凹陷變形，很難修復。以上三角形加熱方法同樣適用于構件的旁彎矯正，加熱時應采用中溫矯正，澆水要少。旁彎矯正也可以采用在上下板的外彎側加熱三角形面積的辦法來矯正。

3)波浪變形的矯正:矯正波浪變形首先要找出凸起的波峰，用點狀加熱法配合手錘矯正，加熱點分布在產生波浪的部位。加熱點面積較小，加熱點直徑d一般不小于15mm。加熱時，點與點距離應隨變形量的大小而變，殘余變形越大，點與點距離越小，一般在50～100mm之間。為提高矯正速度和避免冷卻后在加熱處產生小泡突起，往往在加熱完每一個點后，立即用木錘錘打加熱點極其周圍，然后澆水冷卻。加熱點面積較大時，加熱圓點的直徑一般為50～90mm，當鋼板厚度或波浪形面積較大時，直徑也應放大，可按d=(4δ+10)mm(d為加熱點直徑，δ為板厚)計算得出值加熱。烤嘴從波峰起作螺旋形移動，采用中溫矯正。當溫度達到600～700℃時，將手錘放在加熱區邊緣處，再用大錘擊手錘，使加熱區金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時應避免產生過大的收縮應力。矯完一個圓點后再進行加熱第二個波峰點，方法同上。例如Q235鋼材，為加快冷卻速度，可對鋼材進行加水冷卻。這種矯正方法屬于點狀加熱法，加熱點的分布可呈梅花形或鏈式密點形，溫度一般不超過750℃。

3 結論

在保證鋼結構的承載能力的的條件下，設計時應該盡量采用較小的焊縫尺寸;在焊接結構中應該力求焊縫數量少，避免不必要的焊縫;安排焊縫盡可能對稱與截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸，這對減少梁、柱等一類結構的撓曲變形有良好的效果;合理地選擇焊接方法、規范和合理的裝配焊接順序。通過以上措施可以有效的防止焊接變形，但是焊接結構中不可能完全避免焊接變形。焊接鋼結構產生的變形超過技術設計允許變形范圍，應設法進行矯正，使其達到符合產品質量的要求。火焰矯正引起的應力與焊接內應力一樣都是內應力。不恰當的矯正產生的內應力與焊接內應力和負載應力迭加，會使柱、梁、撐的縱向應力超過許用應力，從而導致承載安全系數的降低。因此在鋼結構制作中一定要慎重，盡量采用合理的工藝措施以減少焊接變形。

參考文獻

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