預防和矯正H型梁焊接變形的探討

張書海 曲直

摘 要：H型鋼具有強度高、質量輕、耐用性好等優點，在各種大型結構中被越來越廣泛地采用。然而H型鋼的焊接變形問題是常見又很難解決的問題，文章結合工程實際，探討H型鋼焊接變形的預防和矯正。

關鍵詞：H型鋼；變焊接變形；形預防；矯正措施

近幾年隨著科技和生產的發展，在鋼構件的制作安裝中，H型鋼的使用相當廣泛。H型鋼具有優越的結構型式和良好的力學性能而成為鋼結構的主要架構模式，廣泛應用于工業和民用建筑中。在H型梁的制作過程中，焊接變形成為整個制作過程最突出的問題，因此焊接變形控制是H型鋼制造質量的關鍵。文章通過H型梁焊接變形的問題機理分析，并結合理論與生產中的實踐經驗，總結出避免焊接變形的方法，與大家共同研究。

1 產生焊接變形的原因分析

H型梁在焊接過程中焊接熱場的不均勻性是產生焊接變形的最主要原因。由于焊接時局部被加熱到融化狀態，在該焊區產生壓縮塑性變形，焊縫金屬在凝固和冷卻過程中，體積要發生收縮，而其他部位有阻止其收縮，因而使焊件產生變形和焊接殘余應力。由于焊接結構的焊縫分布不同等因素可產生收縮變形、扭曲變形、角變形、彎曲變形、波浪變形等，H型梁焊接變形主要有：角變形、扭曲變形和彎曲變形。

角變形：角變形發生的根本原因是橫向收縮變形在厚度上的不均勻分布。焊縫正面的變形大，背面的變形小，這樣就造成了構件平面的偏轉，既形成翼板角變形。

扭曲變形：由于焊件裝配質量不好，H型鋼擱置不當，焊接順序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲變形，但根本原因還是由于焊縫的縱向收縮和橫向收縮所致。

彎曲變形：由于溫度在翼板或腹板上分布不均勻引起翼板或腹板的縱向收縮而產生的。腹板兩邊受熱不均勻，導致兩邊收縮量不一致，產生彎曲。

2 焊接變形的預防措施

影響焊接變形的原因多方面，如焊接方法、接頭形式、坡口角度、裝配間隙、對口質量、焊接速度、H型鋼的自重等。

2.1 設計合理的焊接結構

合理的焊接結構是保證焊接的工作量最小，是控制焊接變形的第一步。首先應選擇合理焊縫形式和尺寸，其次盡可能減少不必要的焊縫，使焊接工作量最小，最后應合理安排焊縫的位置，避免焊縫大量集中，增大焊接應力。

2.2 采取適當的工藝措施

2.2.1 下料的控制

下料時有兩個方面要注意問題：焊接時有1%收縮余量，所以下料時應該考慮到焊接收縮余量；二是在下料時有可能腹板旁彎，導致H型鋼向上拱起，因此要控制腹板下料時的切割變形。

2.2.2 反變形法

依據經驗和理論計算，預先對焊件變形的大小和方向做出估計，將焊件反向壓彎或者焊接時施加反向外力使之變形。反變形法僅僅適用長度較短的薄板，在大型H型梁生產中應用不多。

2.2.3 剛性固定法

剛性大的焊件焊接后變形一般都比較小，而剛性比較小的焊件需要采用專用夾具以提高焊件剛性，來減小變形。這個方法防止H型梁的角變形、扭曲變形效果好。在焊接結束時，焊件工作溫度冷卻到室溫后，才可去掉剛性固定。

2.2.4 熱調整法

焊接變形主要是不均勻加熱造成的。若焊接線進行預熱，可減少焊接熱影響區的溫度和結構的溫度差降低不均勻加熱的程度，就會有利于減少焊接變形。減小受熱區寬度的措施有：小電流快速不擺動代替大電流慢速擺動焊接，小直徑焊條代替大直徑焊條，多層焊代替單層焊，用氬弧焊焊和埋弧焊代替手工焊等。

2.2.5 選擇合理的焊接順序

收縮量大的焊縫應當先焊，如果一個焊件既有對接焊接又有角焊接縫，應該先焊對接焊縫，后焊角焊縫；對于復雜的結構，可將焊件適當地分為不同部分，分別裝配焊接，然后再組焊成整體，使得焊縫能相對自由地收縮，這樣H型鋼的變形量會小一些。

3 焊接變形的矯正

矯正應遵循兩個原則：（1）矯正位置要正確，必須分析焊件變形的原因和焊件之間的內在聯系，弄清楚各個焊件之間的相互關系。（2）矯正順序要正確。先矯正主要變形，后矯正次要變形，多種矯正方法同時使用時，要注意幾種方法的先后順序。

3.1 機械矯正法

機械矯正就是利用外力使H梁產生與焊接變形方向相反的塑性變形，施加反作用力。

3.1.1 型鋼矯直機

型鋼矯直機常用于翼板的角變形，主要作用是矯直型鋼可能出現的翼緣內并、外擴、扭轉等缺陷，對型鋼矯直機產生的矯枉過正問題進行重視。

3.1.2 錘擊法

用圓頭小錘敲擊焊縫金屬，能促使焊縫及其周圍壓縮性變形區域的金屬得到適當延展，以補償焊縫的縮短，以達到消除焊接變形的目的。

3.2 火焰加熱矯正法

火焰矯正法是利用火焰使H型鋼不均勻受熱，從而獲得反向的變形，來補償或抵消原來的焊接變形，從而達到使H型鋼恢復正確形狀、尺寸的目的。火焰加熱矯正法常用的加熱方式有點狀加熱、線狀加熱和三角形加熱。加熱矯正能消除很多機械矯正無法解決的變形，掌握火焰局部加熱引起的變形的規律是做好矯正的關鍵，而加熱的位置和加熱溫度則影響火焰矯正的效果，參見表1各種顏色可判斷溫度范圍。

針對不同的變形采用相應的矯正方法：（1）對翼板所產生角變形最好采用線狀加熱，在焊縫背面翼板中間處加熱，加熱寬度應小于焊角寬度，熱深度不應超過板厚，火焰作直線運動，形成一個加熱帶，加熱溫度在500～600℃為最好，一次沒有完全矯平的，可再加熱，直到矯平為止。（2）對于H型鋼的彎曲變形，一般采用三角形加熱法，對水平板進行矯正，加熱位置選定在翼板外凸起的一側。（3）拱變形矯正，在腹板上進行三角形加熱，加熱位置應依據實際變形情況而定，如果矯正結果沒有達到預期的效果，可以反復多次進行矯正，直到處矯正結果達到使用要求。

火焰矯正是一項技術性很強的操作，不恰當的矯正產生的矯正應力可能會使H型梁縱應力超過允許的應力，從而降低承載的安全系數。所以要結合結構特點和變形情況，確定加熱方式、加熱位置，并能根據經驗判斷加熱區的溫度，才能獲得滿意矯正效果。

4 結束語

文章首先對H型梁焊接變形原因進行了分析，并根據適當的工藝控制盡量減少、減小變形，最后針對可能出現的幾種變形，提出了矯正措施，以達到減少H型梁焊接變形的目的。通過科學合理的焊接工藝，提高焊接質量。

參考文獻

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