鋼結構焊接變形矯正方法探討

呂哲　陳鵬

摘 要：鋼結構連接普遍采用焊接，焊接時在局部加熱、融化過程中，加熱區的金屬與周邊的母材溫度相差很大，產生焊接過程中的瞬應力，冷卻至原始溫度后，由于應力的作用而產生變形。文章主要介紹了鋼結構在焊接中會產生熱形變以及為了矯正焊接變形一般所采用的三種矯正方法，即機械矯正、火焰矯正以及綜合矯正，并對每種方法的優缺點、適用范圍及注意事項等都做了說明，在工作中，我們應根據實際情況，合理的選用適當矯正方法。

關鍵詞：鋼結構；焊接變形；機械矯正

1 前言

現如今鋼結構廣泛應用于工廠以及橋梁等的建設中，鋼結構以其強度高，建造速度快的優勢，得以廣泛應用。鋼結構主要采用H型鋼柱，并以焊接連接。由于焊接過程是通過高溫熔化焊條或其他焊接物進行連接的，要產生很高的溫度，因鋼柱主要材質是鋼材，總是會受到溫度的影響，在焊接產生的高溫下會產生變形，如果對焊接產生的變形視而不見將會在安裝時產生偏差，影響工作效率，還會對鋼結構整體的結構產生極大的影響，令鋼結構的內部結構發生一定的變化，影響整體結構的穩定性和可靠性。

通常情況下，當焊接變形超出許用變形范圍時需要對鋼結構進行矯正，使鋼結構能夠滿足安裝的需求。經工程實際檢驗，大部分焊接時導致的變形是可以矯正的。矯正一般是通過對鋼結構產生新的形變來完成的。一般需要矯正時只要使用以下三種方法：機械矯正法、火焰加熱矯正法和綜合矯正法。但是火焰加熱矯正法由于對溫度的控制和方法的掌控較難，是一種較難操作的方法。下文將簡要介紹變形類型和矯正方法。

2 火焰加熱矯正法

鋼結構的主要構件是H型鋼柱、梁、撐。火焰矯正法通過高溫將需要矯正的部位加熱到軟化狀態，用金屬加熱不均產生的局部變形來抵消已經發生的變形，不需要用到復雜的工具，僅需普通氣焊就可完成。工程中多用以下幾種方法矯正：（1）點狀加熱法；（2）三角形加熱法；（3）線狀加熱法。不同的部位要采用不同的方法。

下面就以低碳鋼為例列舉具體的加熱溫度及冷卻方式。

加熱溫度 可用冷卻方式

500度～600度 水

600度～700度 空氣和水

700度～800度 空氣

注意：加熱時要掌握火候，溫度不到無法矯正，也不能溫度過高進而導致鋼材性能下降，在利用加熱矯正的同時，也可在加熱過程中施加外力矯正從而提高矯正效果。火焰矯正加熱點有兩種冷卻方法：水冷卻和自然冷卻，采用水冷卻可以使矯正收效快，并且矯正量大于自然冷卻的矯正量，低合金鋼千萬不可突然冷卻，因為會對鋼材的內部分子發生變化，只能自然冷卻。

3 機械矯正法

機械矯正法是通過使用工具來使鋼構件產生一定的形變來使構件能夠達到可用范圍，可以使用千斤頂、螺旋拉緊器和壓力機等簡單工具就可完成。

3.1 矯正型鋼

在焊接前，對所需鋼件先要進行檢查，通過目視看和用直尺量的方法來檢測，鋼件的兩端要用端頭銑床將端部進行平頭切割及端部銑平。

3.2 立柱校正

用鋼柱做立柱時，在鋼柱通過吊裝擺放好后還需要檢查擺放是否到位，通過檢查立柱的垂直度就可以實現，簡易觀察可用放吊線錘的方法，如需精確測量可使用經緯儀。如果立柱不垂直，用千斤頂將立柱傾斜的一端抬起，然后放入墊鐵或鐵片等，如一次不能到位，可多試幾次直至將立柱調整到位，當調整到位后使用地腳螺栓壓緊壓死后檢測鋼件垂直度、高度，確認無誤后在立柱腳底板下澆筑混凝土固定。

3.3 鋼梁校正

鋼梁用于連接立柱使鋼結構成為一個整體，鋼梁安裝到位后需沿軸線和垂直方向進行檢測，如有偏差用千斤頂和倒鏈來完成校正，在校正完成后立即將其固定。

4 綜合矯正法

綜合矯正就是以上幾種方法單獨使用不能或無法完全矯正到位，需要把以上幾種方法綜合使用從而能夠達到預期，綜合矯正是通過在安裝前對鋼構件做一些前期準備，在施工時使用一些技巧保證安裝到位以及在焊接后使用機械法和火焰矯正法共同作用，以上就是綜合矯正法。

5 焊接變形種類及火焰矯正實例

5.1 翼緣板產生的角變形

H型鋼翼緣板是指兩塊平行的板，在對翼緣板進行焊接時，由于翼緣板下是空的，焊接時產生的高溫會使翼緣板局部受熱不均從而容易形成角變形，當出現角變形時，應當沿著翼緣板上面（對準焊縫外）沿著縱向進行線狀加熱（溫度控制在650℃以下），注意加熱范圍要控制在兩焊腳之間的范圍內。矯正時要注意以下兩個方面：（1）不應在同一位置反復加熱；（2）因水火冷卻的矯正量要大于自然冷卻的矯正量所以加熱時不要進行澆水冷卻。

5.2 焊接造成柱、梁、撐的撓度彎曲

（1）在翼緣板上，由于高溫會造成板子產生彎曲，而要矯正這一彎曲變形只需要由中間向兩端作線狀加熱。而當沿著一面翼緣板進行加熱時可能會產生彎曲和扭曲變形，而為了避免這一情況，需采用兩條加熱帶要同步進行的方法。這種方法在減少焊接內應力的同時還會造成翼緣板在縱向和橫向同時有收縮，很難把控。

（2）當鋼結構的柱、梁、撐產生彎曲變形時，可以采用在翼緣板上作線狀加熱，腹板上作三角形加熱的方法來消除彎曲變形，加熱最好由兩人同時進行從中間向兩邊移動移動距離一般離中間20～90mm，當翼緣板比較厚而且比較小時，加熱移動的距離可以適當加大，這樣就能達到解決彎曲的目的，當在翼緣板上加熱完畢后再分別在腹板上作三角形加熱，加熱的寬度不得超過板厚的2倍。加熱應從頂部開始，然后當移動到中心時再向兩側移動，按照上述方法重復直到加熱到底為止。加熱時要注意溫度，溫度不能過高否則將造成凹陷變形。

注：上面的加熱方法也可以對旁彎構件進行矯正。

5.3 柱、梁、撐腹板的波浪變形

薄板焊接后母材受壓應力區由于失穩而使板面產生翹曲形成的波浪變形，當柱、梁、撐腹板產生波浪變形時，可以采用加熱凸起波峰然后用手錘敲打的方法進行矯正，以波峰為圓心以50～90mm為直徑采用畫圓加熱的方法，邊加熱邊用手錘進行敲打，如變形的面積過大或鋼板厚度過厚其直徑也應放大，直徑可按公式（1）算出：

d=（4δ+10）mm（d為加熱點直徑；δ為板厚） （1）

加熱嘴以波峰為圓心以順時針方向畫螺旋線，將加熱溫度保持在600℃～700℃，當溫度達到時采用將榔頭放在最大直徑處，通過錘擊打榔頭，使加熱區金屬受擠壓，冷卻收縮后即可被拉平，冷卻應等待空氣自然冷卻，不可為追求速度強制冷卻而產生過大的收縮應力，Q235鋼材可進行加水冷卻。當需要矯正的點過多時，應按照上述方法按順序一個一個矯正，不可為了追求速度，對多個點同時展開矯正，以免不同點同時矯正產生影響。

6 結束語

不論是火焰矯正還是焊接都一樣是產生內應力。如果操作不當，會使它們產生的應力和負載的應力迭加，從而超過允許的應力范圍，從而使鋼結構的安全性下降，鋼結構的載荷安全系數降低。通過對焊接變形的研究，掌握其變形規律，并在實踐中總結出各類參數，在焊接前采用一些預防性措施和科學合理的焊接工藝，可提高工程質量，避免一些焊接后變形的矯正工作，提高工作效率。

參考文獻

[1]姜煥忠.焊接方法及設備[M].北京：機械工業出版社，1991.

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊[S].北京：機械工業出版社，2008.endprint