鋼材變形的原因分析和防治措施

摘 要：鋼材在軋制、儲運、下料、加工、和焊接等過程中，會出現不同程度的各種變形，影響產品質量。本文主要介紹了鋼材變形的原因，預防控制措施和校正方法。為了保證產品的質量，必須預防控制鋼材的變形和加以校正。

關鍵詞：鋼材 變形 校正 控制

中圖分類號：TU511.3+8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0092-01

鋼結構產品主要材料是各種鋼材。這些鋼材在軋制、儲運、下料、加工、和焊接等過程中，若不注意施工方法，使鋼材受到外力作用，當其超過板材的屈服強度就會產生不同程度的各種塑性變形。如：橫向和縱向收縮變形、角變形，彎曲變形、扭曲變形、波浪變形。這些變形，尤其是超過技術要求的變形，將會影響到下料、加工、和組裝等工序的質量，嚴重的會直接影響到工件的成品質量。因此需要在下料、加工、組焊、和成品檢驗前，對超過技術要求的各種變形缺陷，進行校正，以保證加工工序的質量和產品成品質量。

1 鋼材變形的原因

1.1 變形的概念

鋼材在溫度和外力的作用下，會引起材料的形狀和尺寸發(fā)生變化。金屬在外力作用下，其內部必將產生應力。當外力停止作用后，應力消失，變形也隨之消失。金屬的這種變形稱為彈性變形。當外力增大到金屬的內應力超過該金屬的屈服點之后，即使外力停止作用，金屬的變形也不消失，這種變形稱為塑性變形。

1.2 變形的原因

鋼材從軋制到現場下料、加工成形、組裝焊接的過程中，會受到外力和溫度的作用，從而出現不同程度的各種變形。這些變形，有些是技術要求的，有些是超過技術要求的，超過技術要求的變形，就是變形缺陷。

（1）鋼材軋制時，如果存在板材受熱不均、軋輥彎曲、軋輥間隙不一致等問題，就會使板材在寬度方向的壓縮不均勻，有可能失穩(wěn)而導致變形。鋼材熱軋后在冷卻的過程中處于潮濕或有水的地方也會產生變形。鋼材在運輸、堆放過程方法不當，使鋼材受到外力作用，當其超過板材的屈服強度就會產生塑性變形。

（2）鋼材在下料加工的過程中要經過火焰切割，剪切、沖裁、切削等工序都會引起鋼材變形。氣割產生變形的原因主要是鋼材局部溫度會升的很高，板材受熱不均，產生殘余應力，導致變形。

（3）組裝引起的變形有多種形式，如梁的腹板和翼板組裝時相互不垂直；柱子的豎桿和底板組裝時不垂直，不正確的組裝造成的錯位、尺寸不對稱等。

（4）當焊件處于加熱階段產生膨脹，但受到周圍冷金屬的阻礙，不能自由伸長，從而產生壓縮變形。隨后再冷卻到室溫時，其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙，從而產生焊接應力。焊接應力的存在會引起焊件的變形。

2 鋼材變形的預防和控制措施

（1）鋼材在軋制前按照工藝要求進行加熱均勻，保溫一定時間，這樣可以防止鋼坯軋制成鋼材后產生內應力。在鋼材軋制前應保證軋制的軋輥外形及安裝間隙符合要求，以免造成軋制的鋼材產生內應力和局部變形。鋼材軋制后要在車間進行緩慢冷卻。車間內應有保溫和防風雨措施，避免正在冷卻的鋼材，造成應力缺陷。

（2）嚴格材料進場驗收、合理對材料、半成品、成品的運輸、堆放。吊裝時根據構件或材料特點選用合適的吊具和吊點。在放樣下料前應檢查鋼材的變形是否在允許偏差之內，否則應采取措施進行校正。

（3）氧乙炔火焰切割下料時，可采用多個割炬同時進行，避免單個火焰加熱產生的彎曲變形，氧乙炔火焰切割下料冷卻完成后，在進行吊運，避免因質量原因而產生變形。下料時為防止薄板變形可采用配重壓在板上，或對板邊點固。對長細件還可改善切割順序減少旁彎變形。同時應根據加工設備和工藝的特點進行分析，避免產生變形。

（4）控制焊接變形。主要包括采用合理的焊接順序、合適的焊接方法、留余量法、反變形法、剛性固定法（增加剛度或約束度）、合理選擇裝配焊接順序、消除焊接殘余應力。

3 鋼材變形的校正

3.1 機械矯正法

機械是冷作矯正金屬變形的一種方法。冷作矯正是加外力將板件型鋼或結構件局部纖維收縮，被冷作拉延產生塑性的拉伸應變達到恢復變形的方法。冷作矯正法分兩種方法：一種是手工矯正法，另一種是使用機械設備矯正。

手工矯正一般用于尺寸較小的局部變形，手工矯正的主要工具和設備是大錘和平臺。為減少錘疤，可采用銅錘或用平鋪在下面錘擊的方法。手工矯正的缺點是易出現錘疤和冷作硬化，使材料變脆，容易出現裂紋，工人勞動強度大，生產效率低，而且僅使用于剛度較小的零部件。

3.2 火焰矯正法

火焰矯正是利用金屬熱脹冷縮的物理特性，采用火焰局部加熱金屬、熱膨脹部分受周圍冷金屬的制約，不能自由變形，而產生壓縮塑性變形，冷卻后壓縮塑性變形殘留下來，引起局部收縮，即在被加熱處產生聚結力，使金屬構件獲得矯正。碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼，其加熱溫度嚴禁超過900 ℃。低合金高強度結構鋼在火焰矯正過程中，嚴禁澆水激冷，必須在自然狀態(tài)下緩冷。

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。以下為火焰矯正時的加熱溫度（材質為低碳鋼）。

（1）低溫矯正，500°～600°，冷卻方式：水。

（2）中溫矯正，600°～700°，冷卻方式：空氣和水。

（3）高溫矯正，700°～800°，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。

4 結語

在生產實際中，施工單位應充分考慮各種變形，分析各種變形規(guī)律，根據現場條件選用一種或幾種方法，控制鋼材在軋制、儲運、下料、加工、和焊接過程中的變形，矯正偏差應符合《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB 50205-2001）中的規(guī)定，以保證產品質量，符合相關要求。

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