鋼結構焊接變形矯正方法探討

莫焱

摘要：鋼結構是由型鋼和鋼板等鋼材經焊、鉚或螺栓連接而形成的一種結構。被廣泛應用于高度和跨度較大的結構，以及可拆卸的結構等等。但是，由于固體具有在外力作用下改變形狀的基本性質，鋼結構普遍存在著變形問題。因此，焊接鋼結構產生的變形超過技術設計允許變形范圍時，應設法進行矯正，使其達到符合產品質量要求。本文對幾種常見的焊接變形進行了分析，同時介紹了控制和矯正焊接變形的常用方法。以提高鋼結構的加工質量。

關鍵詞：焊接變形；鋼結構；變形矯正

1常見的焊接變形

1.1 縱向變形

在鋼板冷卻的過程中，原來溫度高的部分被壓縮的多，因而冷卻后收縮的也多，因此產生的縱向收縮造成縱向變形。

1.2 橫向變形

形成橫向變形的主因是板材的不均勻受熱。由于板材的不同部分的受熱不均，熱過程不同，因此在板材冷卻時，橫向收縮是不均勻的，這就造成了橫向變形。

1.3 彎曲變形

彎曲變形在焊接中常出現的現象，它對結構的影響較大。鋼材的縱向收縮與橫向收縮都會產生彎曲變形。就是T形梁，翼緣板很厚，而腹板很薄時，也會產生特殊的彎曲變形。

1.4 角變形

對較厚鋼板進行單面焊接時，焊接的這一側溫度高，背面溫度低，這樣在冷卻時，焊接的一側收縮較大。加熱區在橫向上的收縮，就引起了相對角度變化的角變形。

1.5 波浪變形。

也叫做褶皺變形，主要發生在薄鋼板構件中。薄鋼板冷卻收縮的時候，不同區域之間互相產生應力，應力較大時，薄鋼板就無法維持穩定出現褶皺。6）

2.1 火焰矯正方法

2.1.1 柱、梁、撐的上拱與下撓及彎曲

1）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。2）翼緣板上作線狀加熱，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，加熱寬度要窄一些，加熱過程應由寬度中間向兩邊擴展。線狀加熱最好由兩人同時操作進行，再分別加熱三角形三角形的寬度不應超過板厚的2倍，三角形的底與對應的翼板上線狀加熱寬度相等。加熱三角形從頂部開始，然后從中心向兩側擴展，一層層加熱直到三角形的底為止。加熱腹板時溫度不能太高，否則造成凹陷變形，很難修復。

2.1.2 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=（4δ+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℃。

2.1.3 矩型箱型梁的扭曲變形

這種結構梁的變形校正主要是扭曲變形，用火焰校正比較麻煩，首先確定發生扭曲的部位，一般是兩處，一處向順時針扭曲，一處向逆時針扭曲。在發生扭曲的部位將蓋板和腹板的焊縫用碳弧氣刨刨開，一般是500～800mm左右，在發生順時針變形處用火焰逆時針在變形截面上中火烘烤，每塊板烘烤的長度為板幅寬的三分之二，最后的三分之一不要用火焰加溫。在發生逆時針變形處用火焰順時針在變形截面上中火烘烤，每塊板烘烤的長度為板幅寬的三分之二，最后的三分之一不要用火焰加溫，加溫部位的寬度不能超過10cm。同時可以實施水冷或空冷，如果最后恢復變形的效果不好，可以連續實施方法相同的第二次校正，但是不能超過三次。

2.1.4 角變形

角變形的矯正主要目的在于矯正容器各個部位的變形。一般情況下溫度控制在650℃，然后進行線狀加熱。淡水加熱線的寬度越大，其橫向的收縮程度也會隨之提升。而加熱的部位不可利用水來進行冷卻，也不能將位置超過焊腳范圍內。只有在條件全部符合的情況下才能有效把握火焰矯正的具體技巧。

2.2 機械矯正法

機械矯正法，是使用機械力的作用，對焊接變形進行矯正，一般適用于小尺寸焊件或變形程度較小的焊件，常用器具有千斤頂、壓力機、矯板機等。矯正時，先將焊件固定在支撐之間，再對構件施加與焊接變形方向相反的力，使其產生相反的塑性變形，補償原來的變形即可。注意，冷加工法不適用于脆性傾向較大的鋼材料。

3 鋼結構焊接變形的控制措施

3.1 合理的裝配和焊接順序

要有標準的水平平臺，用于制作和拼接鋼件，這樣保證了構件的平直。小件可以一次裝配，先定位焊接一遍，再按順序一次完成。大型鋼結構要先將小件組焊，然后，總體裝配，之后再焊接。拼裝過程中要注意避免過大的外力強制組對，防止焊件的變形。對接口的間隙，搭接長度，坡口角度連接要合理。對稱的焊件具有對稱分布的焊縫，對稱焊接可以將焊接變形互相抵消和簡化。但是由于焊接順序依然是有先有后的，先期的焊縫變形大，后期的焊縫變形小，這樣對稱焊接依然會產生變形，所以，焊接順序不能隨便安排。在焊接過程中，對稱的構件要先裝配好，再由成對的焊工對應的同時焊接。有些鋼結構很難同時對稱的焊接，此時，只能將焊縫先后焊接，不過依然可以通過順序的合理安排減少變形。

3.2 選擇合理的焊接工藝

在焊接時產生的能量愈小，構件的變形就愈不明顯。因此，在焊接時，應盡量選取小焊條、實施多層焊接，焊接電流以及焊接速度要進行適當選取。在進行焊接時，應遵循先短后長、先立角后平角、先對接后角接的原則。

結語

焊接鋼結構出現的變形會給生產的安全帶來嚴重的威脅，所以矯正是非常關鍵的環節。而實際的工作中，也證明了大多數情況下可以通過有效的矯正方式來對變形的構件進行妥善處理。雖然火焰矯正在目前得到了廣泛使用，但是該技術的運用需要高精密技術的支持。所以要解決鋼結構的焊接變形問題，仍然需要在實際的工作中總結經驗，并實現在矯正方式上的進步和完善。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會焊接等學會.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社.

[2]橋梁鋼結構焊接變形控制與矯正[J].章國平，王興，楊令成，所立新，徐勇.建筑技術開發.2015（09）endprint