鋼結構焊接變形的火焰矯正施工方法

鄭加宇++孟慶欣

摘要：根據多年經驗，結合國內同行相關資料，闡述鋼結構變形的主要種類，介紹焊接變形的火焰矯正施工方法。

關鍵詞：火焰矯正；焊接變形；施工方法

目前，鋼結構已在廠房建筑中得到廣泛的應用。而鋼結構廠房的主要構件是焊接H型鋼柱、梁、撐。這些構件在制作過程中都存在焊接變形問題，如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結構整體安裝，還會降低工程的安全可靠性。

焊接鋼結構產生的變形超過技術設計允許變形范圍，應設法進行矯正，使其達到符合產品質量要求。實踐證明，多數變形的構件是可以矯正的。矯正的方法都是設法造成新的變形來達到抵消已經發生的變形。

在生產過程中普遍應用的矯正方法，主要有機械矯正、火焰矯正和綜合矯正。但火焰矯正是一門較難操作的工作，方法掌握、溫度控制不當還會造成構件新的更大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實踐經驗。本文對鋼結構焊接變形的種類、矯正方法作了一個粗略的分析。

一、鋼結構焊接變形的種類

鋼結構焊接變形的種類與火焰矯正六劍客職教園（最大的免費職教教學資源網站）鋼結構的主要構件是焊接H型鋼柱、梁、撐。焊接變形經常采用以下三種火焰矯正方法：①線狀加熱法；②點狀加熱法；③三角形加熱法。下面介紹解決不同部位的施工方法。以下為火焰矯正時的加熱溫度（材質為低碳鋼）：

低溫矯正500度-600度冷卻方式：水中溫矯正600度～700度冷卻方式：空氣和水高溫矯正700度-800度冷卻方式：空氣注意事項：火焰矯正時加熱溫度不宜過高，過高會引起金屬變脆、影響沖擊韌性。16Mn在高溫矯正時不可用水冷卻，包括厚度或淬硬傾向較大的鋼材。

（1）翼緣板的角變形矯正H型鋼柱、梁、撐角變形。在翼緣板上面（對準焊縫外）縱向線狀加熱（加熱溫度控制在650度以下），注意加熱范圍不超過兩焊腳所控制的范圍，所以不用水冷卻。線狀加熱時要注意：①不應在同一位置反復加熱；②加熱過程中不要進行澆水。這兩點是火焰矯正一般原則。

（2）柱、梁、撐的上拱與下撓及彎曲。在翼緣板上，對著縱長焊縫，由中間向兩端作線狀加熱，即可矯正彎曲變形。為避免產生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進行。可采取低溫矯正或中溫矯正法。這種方法有利于減少焊接內應力，但這種方法在縱向收縮的同時有較大的橫向收縮，較難掌握。

（3）柱、梁、撐腹板的波浪變形。矯正波浪變形首先要找出凸起的波峰，用圓點加熱法配合手錘矯正。加熱圓點的直徑一般為50-90mm，當鋼板厚度或波浪形面積較大時直徑也應放大，可按d=（48+10）mm（d為加熱點直徑；δ為板厚）計算得出值加熱。烤嘴從波峰起作螺旋形移動，采用中溫矯正。當溫度達到600-700度時，將手錘放在加熱區邊緣處，再用大錘擊手錘，使加熱區金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時應避免產生過大的收縮應力。矯完一個圓點后再進行加熱第二個波峰點，方法同上。為加快冷卻速度，可對Q235鋼材進行加水冷卻。這種矯正方法屬于點狀加熱法，加熱點的分布可呈梅花形或鏈式密點形。注意溫度不要超過750度。

火焰矯正引起的應力與焊接內應力一樣都是內應力。不恰當的矯正產生的內應力與焊接內應力和負載應力迭加，會使柱、梁、撐的縱應力超過允許應力，從而導致承載安全系數的降低。因此在鋼結構制造中一定要慎重，盡量采用合理的工藝措施以減少變形，矯正時盡量可能采用機械矯正。當不得不采用火焰矯正時應注意以下幾點：①烤火位置不得在主梁最大應力截面附近；②矯正處烤火面積在一個截面上不得過大，要多選幾個截面；③宜用點狀加熱方式，以改善加熱區的應力狀態；④加熱溫度最好不超過700度。C0-2氣體保護焊是以C0-2-氣體作為電弧介質并保護電弧和焊接區的電弧焊方法。

二、CO₂氣體保護焊的工藝特點分析

CO₂氣體保護焊具有焊接效率高、抗銹能力強、焊接變形小、冷裂傾向小、熔池可見性好、以及適用于全位置焊接等優點。究其不足主要是：很難使用交流電源，焊接飛濺多。特別是采用短路過渡形式時，在焊接過程會產生大量的金屬飛濺。造成大量金屬的損失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同時，飛濺的產生降低了電弧的穩定性，嚴重影響焊接質量。此外采用短路過渡的CO₂體保護焊還存在焊縫成形差的工藝缺點。主要表現為焊縫表面不光滑、熔深淺、焊縫成形窄而高，容易出現未熔合的焊接缺陷。所以要使CO₂氣體保護焊在工業生產中得以廣泛推廣和應用，則必須解決和控制這些工藝問題。

三、焊接電源動特性的構成

所謂弧焊電源的動特性，是指焊接電源對焊接電弧這樣的動負載所輸出的電流和電壓與時間的關系，是衡量焊接電源對負載瞬變的反應能力。對CO₂氣體保護焊來說，由于存在金屬熔滴的短路過渡，使負載狀態常在燃弧和短路之間切換。并且，從燃弧到短路以及從短路到燃弧的過渡過程，造成輸出電流和電壓的瞬時變化，對焊接飛濺和焊縫成形都存在著重大的影響。焊接飛濺受到電源動特性直接影響的原因是：短路電流峰值的高低和增長率的快慢直接受焊機動態反應快慢的影響。若動態響應太快，則短路電流峰值過高，增長率過快，在短路液橋形成之前，就引起爆斷和飛濺，而形不成短路過渡形式，這種飛濺的特點是頻率較高、顆粒小；若動態響應太慢，則短路電流增長率慢，峰值小，電流生產的磁收縮力不足以保證短路液橋的順利過渡，短路過渡時間長，產生的飛濺特點是：頻率較低，顆粒粗大。因此，要求焊接電源要具有恰當的短路電流增長速度，以避免較大的飛濺。短路電流對焊接接頭的加熱、焊縫的熔深和成形的作用不大，影響焊縫的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的電流和電壓。由于焊接時存在短路過程，故電源電壓不能太高，則穩態時的燃弧電流較小，所以短路結束后的電流變化過程是燃弧能力的重要組成部分。也就是說，焊機的動態特性對焊縫成形和熔深有重要的影響。動特性越慢，短路結束后電流過渡時問越長，所提供的燃弧能力越大，焊縫成形越好，熔深越大。但過慢的動特性又會使電流增長率過緩，而導致飛濺嚴重，甚至破壞電弧的穩定性。所以，必須選用適當的動特性電源來保證焊接工藝的要求。