試析中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的控制與火焰矯正法

浙江江能建設(shè)有限公司

摘要：在中小型水工金屬結(jié)構(gòu)的制作與安裝過程中，經(jīng)常容易出現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)的焊接變形問題，但是這些構(gòu)件只有達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求與規(guī)程規(guī)范，才能保證中小型水工金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的性能與安全性要求。本文就針對中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的控制與火焰矯正法進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接；變形控制；火焰矯正

主軌、反軌、門梁、門楣等細(xì)長結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)件是中小型水工金屬結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，其主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與受力要求大多是非對稱的H型組合工字鋼梁。在對這些構(gòu)件的制作與安裝過程中，由于其自身結(jié)構(gòu)要求及焊接工藝等問題，極容易出現(xiàn)構(gòu)件焊接后變形，造成平直度不達(dá)標(biāo)等問題，影響構(gòu)件的使用。所以，針對這些中小型水工金屬的焊接變形，應(yīng)該做出控制，并用火焰矯正的方法進(jìn)行修正。

一、中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的種類與形成原因

（一）角變形

中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接的角變形主要表現(xiàn)為主、反軌工作面板、后翼板，主梁前、后翼板在焊接后呈現(xiàn)出的龜背型變形。角變形產(chǎn)生的主要原因是在構(gòu)件焊接的過程中，焊接過程產(chǎn)生的熱量使構(gòu)件焊接面產(chǎn)生了一定程度熱膨脹，當(dāng)焊接完成后，熱脹冷縮的效果使構(gòu)件焊接面向內(nèi)緊縮，使構(gòu)件出現(xiàn)為龜背型的變形。

（二）縱、橫向收縮

縱、橫向收縮主要是指中小型水工金屬結(jié)構(gòu)在焊后尺寸在縱向、橫向上減小。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是在構(gòu)件對接焊接過程中，焊縫對構(gòu)件金屬成分的侵蝕而造成的，焊接過程中無形減少了焊接構(gòu)件的原尺寸，造成構(gòu)件焊接后在尺寸上減小。

（三）波浪變形

波浪變形是主、反軌工作面板、后翼板與主梁前、后翼板在焊接后呈現(xiàn)波浪狀變形的水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形。這種變形的產(chǎn)生，主要是由于在這些水工金屬構(gòu)件焊接順序上安排不合理以及焊接不到位造成的。焊接不到位使金屬結(jié)構(gòu)因?yàn)楹附拥暮缚p、自身受力等緣故產(chǎn)生了變形，而焊接順序不合理使金屬構(gòu)件的變形呈現(xiàn)出波浪狀的外觀[1]。

（四）扭曲變形

扭曲變形表現(xiàn)為中小型水工金屬結(jié)構(gòu)在焊接后產(chǎn)生麻花型變形。這種變形產(chǎn)生是在某一個金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接過程中，對其焊接時間安排的不夠合理，使構(gòu)件在焊接后由于熱脹冷縮等緣故，向多個方向發(fā)生變形，也就是麻花型變形。

二、中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的控制方法

通過對中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)的各種變形進(jìn)行分析，追溯其形成的根源，從源頭下手，就能夠制定合理的焊接工藝流程，有效地避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)焊接變形的問題。

（一）預(yù)置反變形量

在中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的角變形與縱、橫向的收縮都是由于對原來設(shè)定的金屬構(gòu)件產(chǎn)生了一定的程度的材料內(nèi)部損耗而產(chǎn)生的。針對角變形的產(chǎn)生，可以在焊前裝配時，預(yù)置反方向的變形量抵消焊接變形，比如主梁腹板V型坡口單面對接時，8-12m厚的鋼板預(yù)置3-4mm，基本就能消除角變形。而縱、橫向的收縮可以通過在焊前對材料多準(zhǔn)備出一定縱橫向量來抵消[2]。

（二）合理利用裝配

中小型水工金屬結(jié)構(gòu)的裝配順序也是影響焊接變形的一個重要因素。因?yàn)楦鱾€水工金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力不同，焊接接口與焊縫也就有著區(qū)別。按照正確的裝配過程，在裝配過程中對水工金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行焊接，能夠及時地分辨出不同構(gòu)件需要焊接的內(nèi)容，及時調(diào)整，避免在焊接后安裝產(chǎn)生的變形。

（三）安排焊接順序

中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接的扭曲變形和波浪變形主要就是因?yàn)楹附禹樞虻牟缓侠矶斐傻模侠淼陌才藕附禹樞蛴兄谙行⌒退そ饘俳Y(jié)構(gòu)焊接的變形。比如在閘門門葉安裝時，按照主梁—次梁—底梁—中隔板—上、下隔板—邊梁的順序從構(gòu)件的中部開始向兩端焊接，就減少了拼裝焊接過程中的內(nèi)應(yīng)力，防止焊接變形。常用的焊接順序有分段退焊、跳焊、分中對焊、交替焊、分中分段退焊，在安排焊接順序時，要根據(jù)工作的實(shí)際，選擇不同的焊接順序[3]。

三、中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的火焰矯正的幾種方法

中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接中，雖然通過采取各種控制手段，能夠一定程度地減少結(jié)構(gòu)焊接的變形。但在實(shí)際工作中，由于種種因素，結(jié)構(gòu)焊接的變形現(xiàn)象會經(jīng)常出現(xiàn)，超過規(guī)范使用的變形范圍，必須對其進(jìn)行矯正。火焰矯正法使用設(shè)備少，成本低，正適用于中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的處理[4]。

（一）點(diǎn)狀加熱法

點(diǎn)狀加熱法主要使用于主梁、撐腹板的波浪變形。在矯正波浪變形中，用點(diǎn)狀加熱法配合手錘，在構(gòu)建凸起的波峰進(jìn)行加熱敲擊來進(jìn)行矯正。在點(diǎn)狀加熱法中，加熱點(diǎn)的直徑一般控制在50-90mm，如果鋼板厚度或者波浪面積較大，也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。在矯正過程中，烤嘴圍繞波峰做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，溫度適宜控制在600℃-700℃，手錘位置放置在加熱區(qū)邊緣，以大錘對手錘進(jìn)行敲擊，擠壓加熱區(qū)金屬，使其在冷卻收縮后被拉平，實(shí)現(xiàn)矯正的目的。

（二）線狀加熱法

線狀加熱法適用于主、反軌、主梁前、后翼緣板的角變形以及彎曲變形的矯正。在產(chǎn)生角變形的翼緣板上，對準(zhǔn)焊縫外縱向線狀加熱，溫度控制在600℃左右（表現(xiàn)為鋼板呈暗紅色），加熱范圍控制在焊腳范圍內(nèi)，即可矯正角變形；而在彎曲變形的翼緣板上，對準(zhǔn)縱長焊縫，從中間向兩端進(jìn)行加熱，兩條加熱帶同步進(jìn)行，就能矯正彎曲變形。在線狀加熱法過程中，不應(yīng)在同一位置反復(fù)加熱[5]。

（三）三角形加熱法

三角形加熱法主要應(yīng)用在較大范圍的變形上，比如主梁、撐的彎曲變形，加熱三角形的寬度基本不超過板厚的2倍，三角形橫向加熱的寬度一般在20mm-90mm之間，根據(jù)板材厚度的實(shí)際可以作出一定調(diào)節(jié)。矯正主梁、撐的彎曲變形，可以在腹板上進(jìn)行三角形加熱，加熱過程從寬度中間向兩邊擴(kuò)展，通過這種加熱方式能夠有效的矯正主梁、撐的彎曲變形。

四、中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的火焰矯正的注意事項(xiàng)

火焰矯正能夠有效解決中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形問題，但不恰當(dāng)?shù)某C正方式反而可能會疊加金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊接內(nèi)應(yīng)力和負(fù)載內(nèi)應(yīng)力，降低構(gòu)件的承載安全系數(shù)，所以應(yīng)該合理正確的使用火焰矯正法，以達(dá)到解決水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形問題的目的。

（一）合適的火焰溫度范圍

在火焰矯正中，一定要控制火焰的溫度，合適的溫度基本在600℃左右，表現(xiàn)為鋼板微顯暗紅色。過低的溫度使鋼材內(nèi)部變化不明顯，不能實(shí)現(xiàn)火焰矯正的目的，而過高的溫度會引起金屬結(jié)構(gòu)變脆，韌性降低，使鋼材的安全承載系數(shù)受到影響[6]。

（二）合適的受熱點(diǎn)與加熱方式

在火焰矯正的過程中，中小型水工金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受熱點(diǎn)應(yīng)該避開主梁最大應(yīng)力截面，以免對主梁受力能力產(chǎn)生不良影響。同時，在一個截面的受熱面積不能過大，可以多選幾個截面，分別進(jìn)行受熱。另外，不能在中小型水工金屬結(jié)構(gòu)

構(gòu)件同一位置反復(fù)多次加熱，以免影響構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力。

結(jié)語：

中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形是一個難以避免但能夠有效解決的問題，在焊接過程中通過適當(dāng)?shù)目刂品椒梢詼p少出現(xiàn)焊接變形的可能性；在出現(xiàn)焊接變形后，通過合適的火焰矯正方法，能夠有效解決中小型水工金屬結(jié)構(gòu)焊接變形的問題。

參考文獻(xiàn)：

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[3]孔小青.水工金屬結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的管理[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，23：127.

[4]王玉香，張瑞華.芻議水工金屬結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量保證體系[J].黑龍江水利科技，2010，5：160-161.

[5]饒向陽，陳雁鳴，李野荒等.埋弧自動焊在水工金屬結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，6.

[6]韓煒，李日光，梁樹泉等.水工金屬結(jié)構(gòu)焊縫的無損檢測[J].人民珠江，2011，1：77-78.