淺析鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的火焰矯正法

摘 要:本文主要結(jié)合多年從事本工種經(jīng)驗(yàn)，闡述鋼結(jié)構(gòu)變形的主要種類，介紹焊接變形的火焰矯正方法。

關(guān)鍵詞:火焰矯正焊接變形施工方法

中圖分類號(hào):TV34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(a)-0036-01

引言

焊接技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的歷史并不長(zhǎng)，但它的發(fā)展確實(shí)非常迅速的。在短短的幾十年中焊接已在許多工業(yè)部門的金屬結(jié)構(gòu)中，如建筑鋼結(jié)構(gòu)、船體、鐵道車輛、壓力容器中幾乎全部取代了鉚接。目前，鋼結(jié)構(gòu)已在廠房建筑中得到廣泛應(yīng)用。而鋼結(jié)構(gòu)廠房的主要構(gòu)件是焊接H型鋼柱、梁、撐。這些構(gòu)件在制作過(guò)程中都存在焊接變形問(wèn)題，如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結(jié)構(gòu)整體安裝，還會(huì)降低工程的安全可靠性。實(shí)踐證明，多數(shù)變形的構(gòu)件是可以矯正的。矯正的方法都是設(shè)法造成新的變形來(lái)達(dá)到抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。在生產(chǎn)過(guò)程中普遍應(yīng)用的矯正方法，主要有:機(jī)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(shí)產(chǎn)生壓縮塑性變形，使較長(zhǎng)的金屬在冷卻后收縮，來(lái)達(dá)到矯正變形的目的。具體方法是將變形構(gòu)件的局部(變形處)，加熱到600～800℃的溫度，此時(shí)鋼板呈褐紅色至櫻紅色之間，然后讓其自然冷卻或強(qiáng)制冷卻，使這些局部在冷卻后產(chǎn)生收縮變形來(lái)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(dāng)還會(huì)造成構(gòu)件新的更大變形。因此，火焰矯正的關(guān)鍵是掌握火焰局部加熱時(shí)引起變形的規(guī)律，以便定出正確的加熱位置和加熱范圍，否則會(huì)得到相反的效果。火焰矯正法在使用時(shí)，應(yīng)控制溫度和重復(fù)加熱的次數(shù)。火焰加熱法采用一般的氣焊焊矩，不需要專門的設(shè)備，方法簡(jiǎn)便，比較機(jī)動(dòng)，可以在船舶等巨型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行矯正，因此在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。這種方法不僅適用于低碳鋼，而且還適用部分低合金結(jié)構(gòu)鋼的矯正，塑性好的材料可以用水強(qiáng)制冷卻(易淬鋼除外)。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類與矯正

2.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類

焊接變形是焊后殘存于結(jié)構(gòu)中的變形。1)縱向收縮變形:構(gòu)件焊后在焊縫方向發(fā)生收縮。2)橫向收縮變形:構(gòu)件焊后在垂直焊縫方向發(fā)生收縮。3)彎曲變形:構(gòu)件焊后發(fā)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(gòu)件的平面圍繞焊縫產(chǎn)生的角位移。5)波浪邊形:焊后構(gòu)件呈波浪形。以上幾種類型的變形，在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中往往并不是單獨(dú)出現(xiàn)的，而是同時(shí)出現(xiàn)，互相影響的。焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。焊接變形不但影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確和外形美觀，而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力;焊接結(jié)構(gòu)件上出現(xiàn)了變形，就需要花許多工時(shí)去矯正。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是焊接H型鋼柱、梁、撐

由于H型鋼柱、梁、撐的長(zhǎng)度與高度之比較大，焊后容易產(chǎn)生彎曲變形，當(dāng)焊接順序不正確時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。焊接變形經(jīng)常采用以下三種火焰矯正方法:1)點(diǎn)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(dòng)，或者同時(shí)在寬度方向作橫向擺動(dòng)，形成帶狀加熱。3)三角形加熱法。加熱區(qū)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(shí)的加熱溫度(材質(zhì)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(shí)加熱溫度不宜過(guò)高，過(guò)高會(huì)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(yīng)在同一位置反復(fù)加熱;②加熱過(guò)程中不要進(jìn)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(yīng)盡可能發(fā)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(guò)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(duì)著縱長(zhǎng)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(chǎn)生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進(jìn)行。可采用低溫矯正或中溫矯正法，同時(shí)用水冷卻，亦稱為水火矯正。這種方法有利于減少焊接內(nèi)應(yīng)力，但這種方法在縱向收縮的同時(shí)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(shí)，加熱寬度要窄一些，加熱過(guò)程應(yīng)由寬度中間向兩邊擴(kuò)展。線狀加熱最好由兩人同時(shí)操作進(jìn)行，再分別加熱三角形，三角形的寬度不應(yīng)超過(guò)板厚的2倍。加熱三角形從頂部開(kāi)始，然后從中心向兩側(cè)擴(kuò)展，一層層加熱直到三角形的底為止，可以用兩個(gè)或更多個(gè)焊矩同時(shí)加熱。加熱腹板時(shí)溫度不能太高，否則造成凹陷變形，很難修復(fù)。以上三角形加熱方法同樣適用于構(gòu)件的旁彎矯正，加熱時(shí)應(yīng)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(cè)加熱三角形面積的辦法來(lái)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(diǎn)狀加熱法配合手錘矯正，加熱點(diǎn)分布在產(chǎn)生波浪的部位。加熱點(diǎn)面積較小，加熱點(diǎn)直徑d一般不小于15mm。加熱時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)距離應(yīng)隨變形量的大小而變，殘余變形越大，點(diǎn)與點(diǎn)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(chǎn)生小泡突起，往往在加熱完每一個(gè)點(diǎn)后，立即用木錘錘打加熱點(diǎn)極其周圍，然后澆水冷卻。加熱點(diǎn)面積較大時(shí)，加熱圓點(diǎn)的直徑一般為50～90mm，當(dāng)鋼板厚度或波浪形面積較大時(shí)，直徑也應(yīng)放大，可按d=(4δ+10)mm(d為加熱點(diǎn)直徑，δ為板厚)計(jì)算得出值加熱。烤嘴從波峰起作螺旋形移動(dòng)，采用中溫矯正。當(dāng)溫度達(dá)到600～700℃時(shí)，將手錘放在加熱區(qū)邊緣處，再用大錘擊手錘，使加熱區(qū)金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生過(guò)大的收縮應(yīng)力。矯完一個(gè)圓點(diǎn)后再進(jìn)行加熱第二個(gè)波峰點(diǎn)，方法同上。例如Q235鋼材，為加快冷卻速度，可對(duì)鋼材進(jìn)行加水冷卻。這種矯正方法屬于點(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，溫度一般不超過(guò)750℃。

3 結(jié)論

在保證鋼結(jié)構(gòu)的承載能力的的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量采用較小的焊縫尺寸;在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)該力求焊縫數(shù)量少，避免不必要的焊縫;安排焊縫盡可能對(duì)稱與截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸，這對(duì)減少梁、柱等一類結(jié)構(gòu)的撓曲變形有良好的效果;合理地選擇焊接方法、規(guī)范和合理的裝配焊接順序。通過(guò)以上措施可以有效的防止焊接變形，但是焊接結(jié)構(gòu)中不可能完全避免焊接變形。焊接鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形超過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)允許變形范圍，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行矯正，使其達(dá)到符合產(chǎn)品質(zhì)量的要求。火焰矯正引起的應(yīng)力與焊接內(nèi)應(yīng)力一樣都是內(nèi)應(yīng)力。不恰當(dāng)?shù)某C正產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與焊接內(nèi)應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力迭加，會(huì)使柱、梁、撐的縱向應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力，從而導(dǎo)致承載安全系數(shù)的降低。因此在鋼結(jié)構(gòu)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。

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