焊接H型鋼薄腹板起鼓變形原因分析與質量控制

紀華亭

摘 ? ?要：通過薄腹板起鼓變形的原因分析，從鋼板切割變形、焊接應力變形以及焊后變形矯正三個方面去解決焊接H型鋼薄腹板的起鼓變形，使焊接H型鋼外觀幾何尺寸滿足設計及規范要求，保證產品質量。

關鍵詞：焊接H型鋼薄腹板;變形原因;質量控制

1 ?前言

日常生產中在加工腹板厚度≤6mm、截面高度>600mm的焊接H型鋼時，由于鋼板自身內應力和遠離焊縫區的壓縮應力超過了鋼板失穩的臨界應力值而導致腹板產生波浪變形，嚴重影響構件的外觀質量。矯正變形不僅費工、費時，而且往往難以達到規范的技術要求。

工藝人員通過長期的生產實踐，在鋼結構理論的基礎上進行了系統整合，采取火焰矯正的同時避開蘭脆溫度區段在火圈周圍施以錘擊矯正，達到了快速矯正的目的。

2 ?薄腹板起鼓變形原因分析與對策

一是由于鋼板自身內應力和遠離焊縫區的壓縮應力超過了鋼板失穩的臨界應力值而導致單板產生起鼓變形;二是由于熱脹冷縮的原因導致腹板殘余應力無法釋放，從而產生起鼓變形。

根據變形情況將變形區域分成幾個區段，各區段用線狀加熱法由兩側向中央進行加熱或在變形最高點周圍施以點狀加熱與錘擊相結合進行矯正方法，使腹板平面度滿足設計及規范要求。

3 ?制定工藝措施及控制

控制變形措施分為切割應力控制、焊接應力控制和焊后變形矯正三個過程控制措施。

3.1 ?消除切割應力控制變形的措施

3.1.1 ?切割時鋼板變形的控制

鋼板起始端切割時切割口應留30mm的連體，中間每隔2000mm留10mm的連體不切，依此類推直至全部切完。切割后料條之間仍相連，當自身存在的殘余應力和切割應力得到控制后，再用手工割槍將連體逐個切開，以此來控制應力變形。

3.1.2 ?錘擊消除鋼板軋制和切割殘余應力

將腹板至于整張厚板上（厚度約30mm），用錘（一般以5kg為宜）擊法沿切割邊縱向兩側一錘挨一錘進行擊打，一直錘擊到頭，在消除切割應力后再進行H型鋼組對。

3.2 ?焊接應力的控制措施

3.2.1 ?定位焊縫的工藝控制

根據實踐經驗，定位焊盡量少焊，以減少應力。因此焊縫長度應控制在50mm、間距應按500mm、焊縫高度不得超過實際焊縫高度的2/3，以此來控制定位焊接應力，在整體焊接完成后變形量較小。

3.2.2 ?埋弧焊接參數控制

根據焊接規范以及日常實踐的經驗，腹板δ≤6mm的焊接參數見表1。通過較小的焊接熱輸入，獲得較小的焊接變形。

3.2.3 ?焊接過程控制

埋弧焊接時構件放置應平穩，施焊時中途不得隨意停止，焊接方向應始終為同一方向。

3.3 ?焊后變形的矯正措施

雖然型鋼焊接之前進行了變形控制，但焊接壓應力導致薄腹板失穩而產生的波浪變形還是會發生。腹板起鼓變形分為幾種情況：一是小范圍的波浪變形;二是較大面積的波浪變形，對這兩種方法前者適宜用點狀加熱予以矯正;后者適宜線狀加熱予以矯正。

3.3.1 ?小范圍內起鼓變形

當起鼓高度不大于腹板厚度時，可在凸面頂點向外進行點狀加熱，加熱點直徑約為40mm左右;當起鼓高度大于腹板厚度時，在板材產生變形的地方，可在沿最高處的周圍布以點狀加熱，當火焰溫度到800℃（淡紅色）時可在加熱區周圍錘擊，錘擊時可沿凸起部位的兩側平整的地方開始，逐步向凸起處圍攏，使塑性變形區的金屬延伸，恢復原來的長度。同時加熱區內金屬在冷卻過程中要產生收縮，其收縮的趨勢使變形長度縮短，于是變形撓度f也隨之減小。隨著加熱溫度的下降，錘擊也漸輕緩。錘擊的位置由加熱附近移至加熱中央位置，但加熱下方必須用厚鋼板襯好，以免敲癟鋼板。加熱至暗紅色時停止錘擊，待冷卻至40-50℃（手觸摸無燙感）時復行錘擊，以徹底消除其內應力。

3.3.2 ?大范圍的起鼓變形

可將變形范圍分成幾個區段，各段內用線狀加熱法由兩側向中央進行加熱。若是低碳鋼加熱的同時可以在空氣中冷卻或噴水急冷，使變形盡快恢復。

3.4 ?關鍵工序的質量控制措施

（1）火焰矯正時不能直接布置在變形最高點上，而應從變形小的地方開始向變形大的地方進行，這樣可逐步減小變形最高處的撓度。

（2）點狀加熱點直徑過大，易使火圈表面皺折;直徑過小，會使周圍剛性過大而產生很大的局部平面應力，甚至造成龜裂。

（3）矯正時不得在蘭脆區段（200℃～400℃）進行錘擊，為避免出現錘擊傷痕應在錘擊處加設錘墊。

4 ?結語

大截面焊接H型鋼在輕鋼結構廠房工程屋面梁方面應用較多，研究其制作工藝減小腹板起鼓變形，使其平面度滿足工程需要工藝人員積極研究和探討，助推工廠技術進步。

參考文獻：

[1] GB 50205鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2] 建筑鋼結構施工手冊.中國鋼結構協會編著.