鋼結(jié)構(gòu)焊接變形火焰矯正方法探究

孫子祥

摘 要：本文在概述鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和火焰矯正基本涵義的基礎(chǔ)上，給出了應(yīng)用火焰矯正常見的不同類型的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的方法，并在最后給出了鋼結(jié)構(gòu)焊接變形火焰矯正的注意規(guī)范。希望本文的分析能為鋼結(jié)構(gòu)焊接變形火焰矯正方法探究提供理論借鑒和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 焊接變形 火焰矯正

中圖分類號(hào)：TG4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）-0083-01

當(dāng)前，制作和安裝廠房等建筑物廣泛應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)離不開焊接H型鋼立柱、主橫梁和撐。而這些構(gòu)件在焊接過程中都會(huì)存在不同程度的焊接變形問題，若不及時(shí)矯正鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，不僅會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的整體安裝，更會(huì)嚴(yán)重影響甚至降低建筑物的安全和可靠性。

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)焊接的不同變形，普遍應(yīng)用的矯正方法有人工矯正、機(jī)械矯正、火焰矯正和綜合矯正。機(jī)械矯會(huì)受設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件制約，特別是當(dāng)矯正負(fù)荷能力低于鋼材型號(hào)時(shí)就不適于采用。火焰矯正采用氣焊焊炬，方法簡(jiǎn)單，機(jī)動(dòng)靈活，也不需專門設(shè)備，還可用于大型船舶等巨型鋼結(jié)構(gòu)的變形矯正，因此被廣泛應(yīng)用。本文將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形火焰矯正進(jìn)行分析。

1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和火焰矯正概述

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形是指在焊接鋼結(jié)構(gòu)過程中，施焊電弧高溫引起的直接變形和焊接完成后構(gòu)件的殘余變形現(xiàn)象。其中，焊接構(gòu)件殘余變形破壞性最強(qiáng)，也是影響焊接質(zhì)量的最主要因素，其會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的不同層次產(chǎn)生整體或局部的影響，因此可以將其分為整體殘余變形和局部殘余變形；整體殘余變形包括：彎曲變形、收縮變形、扭曲變形和錯(cuò)邊變形，局部殘余變形包括：角變形和波浪變形，整體殘余變形是鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中發(fā)生較多的類型。

火焰矯正是指在一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求下，利用燃燒氣體釋放的熱量加熱變形構(gòu)件局部，從而利用伸長(zhǎng)部位冷卻后的局部收縮抵消焊接變形，從而產(chǎn)生塑性變形的矯正過程。火焰矯正的常用方法有線狀加熱法、點(diǎn)狀加熱法和三角形加熱法。使用時(shí)應(yīng)特別注意控制火焰溫度和加熱位置。采用600 ℃～800 ℃的溫度加熱低碳鋼和普通低合金鋼，但由于需再次加熱，合金鋼要慎用。

2 應(yīng)用火焰矯正常見鋼結(jié)構(gòu)焊接變形

如上所述，鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是焊接H型鋼柱、梁、撐。這些構(gòu)件都有著較大長(zhǎng)度和高度，焊接后易產(chǎn)生彎曲或扭曲變形。焊接變形常用的點(diǎn)狀加熱法常用于矯正厚度在8 mm以下鋼板的波浪變形，線狀加熱法主要是用火焰在寬度方向的橫向擺動(dòng)或沿直線方向的移動(dòng)來進(jìn)行帶狀加熱，三角形加熱則多用于矯正彎曲變形。

針對(duì)不同的鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，火焰矯正的具體操作如下。

2.1 角變形火焰矯正

主要是矯正H型鋼柱、鋼梁、鋼撐的角變形。在控制加熱溫度為650 ℃的情況下，對(duì)準(zhǔn)焊縫外在翼緣板上面進(jìn)行縱向線狀加熱，可以采用直通加熱、鏈狀加熱或帶狀加熱法。由于寬度越大的加熱線，其橫向收縮也越大，所以當(dāng)橫向收縮大于縱向收縮時(shí)，要充分發(fā)揮加熱線橫向收縮作用。注意加熱線寬度一般是鋼板厚度的一半到2倍之間，加熱部位不要超過兩焊腳所控制范圍，不用水冷卻。線狀加熱過程中要把握火焰矯正的一般原則，即：一是不能反復(fù)加熱同一位置。二是加熱過程中不能同時(shí)澆水。

2.2 波浪變形火焰矯正

波浪變形的矯正要先找出凸起的波峰，并用圓點(diǎn)加熱法配合手錘矯正。加熱原點(diǎn)的直徑應(yīng)與鋼板厚度或波浪變形的面積大小成正比，但一般為5～9 cm。若加熱墊直徑用d表示，板厚用δ表示，則值加熱的計(jì)算公式是：d=（4δ+10）mm。因此，波浪變形的主要矯正方法是點(diǎn)狀加熱法，加熱點(diǎn)的分布可呈梅花形或鏈?zhǔn)矫茳c(diǎn)形。利用中溫矯正時(shí)烤嘴要從波峰起作螺旋形移動(dòng)；當(dāng)溫度在600 ℃～700 ℃時(shí)，在加熱區(qū)邊緣放置手錘，并用大錘擊打手錘，以擠壓加熱區(qū)金屬，使其冷卻收縮后被拉平。這種矯正應(yīng)注意的事項(xiàng)一是溫度控制在750 ℃內(nèi)。二是一個(gè)圓點(diǎn)矯正完后再加熱第二個(gè)波峰點(diǎn)，以避免產(chǎn)生過大的收縮應(yīng)力。三是可以采用加水冷卻Q235鋼材以加快冷卻速度。

2.3 彎曲變形火焰矯正

注意是矯正柱、梁、撐的上拱與下?lián)霞皬澢７椒ㄓ校阂皇菍?duì)準(zhǔn)翼緣板的縱長(zhǎng)焊縫，采用從中間向兩端的線狀低溫或中溫加熱即可矯正，但加熱時(shí)兩條加熱帶要同步進(jìn)行，以避免發(fā)生彎曲和扭曲變形。盡管這種矯正法有利于減少焊接內(nèi)應(yīng)力，但其因?yàn)樵诳v向收縮的同時(shí)有較大的橫向收縮，所以較難掌握。二是線狀加熱翼緣板，三角形加熱腹板，這種方法較好。橫向線狀加熱寬度一般取20～90 mm，加熱由寬度中間向兩邊擴(kuò)展，兩人同時(shí)操作；后再分別加熱三角形。其寬度不超2倍板厚，三角形底邊應(yīng)與對(duì)應(yīng)翼板上線狀加熱寬度相等，加熱時(shí)從三角形頂部到中心向兩側(cè)擴(kuò)展直到底部，此過程要注意一層層加熱且溫度不能過高，否則易造成難矯正的凹陷變形。此外，以上三角形加熱方法也適用于構(gòu)件旁彎矯正。加熱時(shí)應(yīng)采用中溫矯正，澆水要少。

3 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形火焰矯正注意規(guī)范

鋼結(jié)構(gòu)制造中要慎用火焰矯正，盡量采用合理工藝措施減少變形，多采用機(jī)械矯正，以避免不恰當(dāng)矯正引起的柱、梁、撐縱應(yīng)力過高而降低承載安全系數(shù)的問題。當(dāng)不得不采用火焰矯正時(shí)，要注意以下規(guī)范。

一是選用CO2氣體保護(hù)焊、等離子弧焊和手工點(diǎn)弧焊等能量密度較高的焊接方法，以降低薄板焊接的變形量。

二是焊接線能量不宜過低，要考慮實(shí)際生產(chǎn)率。

三是對(duì)不對(duì)稱構(gòu)件的焊接要注意選用不同的焊接參數(shù)，以控制和調(diào)節(jié)彎曲變形，同時(shí)要選擇合理的裝配焊接順序。

四是焊接順序總的規(guī)律是先焊焊縫少的一側(cè)，盡可能采用對(duì)稱焊接方法截面形狀對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械或加熱預(yù)拉伸焊接薄板骨架，或同時(shí)使用，并裝配焊接骨架，防止波浪變形。

其他注意事項(xiàng)，包括：（1）烤火位置不得在主梁最大應(yīng)力截面附近。（2）矯正處烤火面積在一個(gè)截面上不得過大，要多選幾個(gè)截面。（3）宜用點(diǎn)狀加熱方式，以改善加熱區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)。（4）加熱溫度不超過700 ℃。

鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類很多，原因也有很多，有時(shí)候操作環(huán)境、焊工的操作技術(shù)和能力等也會(huì)影響到鋼結(jié)構(gòu)的形狀。所以，要有效解決鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問題，需要綜合考慮恰當(dāng)?shù)暮附映C正方法，同時(shí)需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的矯正突破。

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