淺談工字鋼變形的防范工藝

張華崧

摘 要：工字鋼是采用焊接方法得到的，由于焊接過(guò)程中受熱不均，焊接完成后得到的工字鋼存在較嚴(yán)重的變形問(wèn)題。如果不加如何控制，將會(huì)直接影響其使用質(zhì)量。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工字鋼垂直方向上的變形量不能超過(guò)5 mm，彎曲撓度不得超過(guò)3 mm，翼板變形量不應(yīng)超過(guò)5 mm。為了確保工字鋼的焊接質(zhì)量，文章主要探討其產(chǎn)生的變形類(lèi)型、造成變形的原因以及可以采取的防范措施。

關(guān)鍵詞：工字鋼；變形；防范工藝；方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）05-0020-01

隨著科技的不斷發(fā)展，工字鋼在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來(lái)越多，能夠有效縮短其施工工期，且具有較好的美學(xué)效果，被廣泛應(yīng)用在各種類(lèi)型的建筑物中。據(jù)調(diào)查，工字鋼在廠房中的應(yīng)用比例達(dá)到了75%以上，其加工和制造已經(jīng)基本上形成了規(guī)模。但是由于缺乏比較規(guī)范的制造工藝，工字鋼在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的焊接變形問(wèn)題，導(dǎo)致其報(bào)廢率超過(guò)了7%以上。為此本文主要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐介紹工字鋼在使用過(guò)程中產(chǎn)生的變形以及防范措施。

1 常見(jiàn)的工字鋼變形

通過(guò)對(duì)工字鋼變形情況的調(diào)查和分析，工字鋼產(chǎn)生變形的主要原因是由于其焊接時(shí)受熱不均，在高溫區(qū)域產(chǎn)生了一定的壓縮變形，熱量散去之后材料又產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，在材料內(nèi)部形成了一定的焊接殘余應(yīng)力，產(chǎn)生變形現(xiàn)象。其產(chǎn)生的變形主要有收縮變形、撓曲變形、角變形以及波浪變形等。

1.1 撓曲變形

該變形是由于工字鋼在焊接過(guò)程中焊縫分布不對(duì)稱(chēng)造成的，對(duì)于一般的工字鋼是不會(huì)出現(xiàn)撓曲變形的，常產(chǎn)生在大型工字鋼零件中。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于工字鋼在焊接過(guò)程中位置沒(méi)有擺放平整或者焊接過(guò)程中施焊的方向不對(duì)。因此只要提高焊接時(shí)的責(zé)任心，確保焊接順序和方向的正確性，該變形可以完全被控制。

1.2 角變形

該變形是由于工字鋼在焊接冷卻過(guò)程中在厚度方向上的收縮量大小不同造成上，其變形量的大小跟其焊腳的尺寸以及翼板的厚度有關(guān)。由于工字鋼上下翼板和腹板的連接處在焊接過(guò)程中出現(xiàn)受熱不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致其產(chǎn)生了變形現(xiàn)象，變形的大小跟翼板自身的剛度、焊縫的大小、焊接方法以及焊接線能量有關(guān)。一般情況下，翼板的剛度越大，工字鋼產(chǎn)生的變形越大，相反焊接尺寸越小，工字鋼產(chǎn)生的變形則越小。焊接過(guò)程中常采用的方法有埋弧焊、手弧焊以及二氧化碳焊接，其中二氧化碳焊接方法產(chǎn)生的變形最小，且具有較高的生產(chǎn)效率，在工字鋼焊接過(guò)程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

1.3 其它變形

這種現(xiàn)象是由工字鋼使用過(guò)程中承受壓應(yīng)力造成的，其壓力大小超過(guò)了其允許的應(yīng)力大小。此時(shí)連接翼板和腹板的焊縫出現(xiàn)了縱向伸縮現(xiàn)象，產(chǎn)生了一定的殘余應(yīng)力。工字鋼在使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)扭曲變形以及拱起等現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因是由于焊接過(guò)程中采用的工藝順序不合理，一旦變形產(chǎn)生就很難采取措施進(jìn)行糾正。

2 預(yù)防工字鋼變形的措施

為了確保工字鋼在使用過(guò)程中的質(zhì)量，避免出現(xiàn)變形現(xiàn)象，下面我們給出幾個(gè)具體的防范措施。

2.1 設(shè)計(jì)方面

通過(guò)上面的論述，我們知道焊接質(zhì)量的高低直接關(guān)系到工字鋼的變形情況，即焊縫越大，焊接過(guò)程越復(fù)雜，焊接變形越明顯。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員要在保證焊縫正常承載能力的情況下，最大限度的降低焊縫的尺寸。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還可以在圖紙中對(duì)焊接施工的順序進(jìn)行標(biāo)注，避免施工過(guò)程中焊接人員文化素質(zhì)較差，造成的焊接質(zhì)量難以保證的問(wèn)題。

2.2 選材方面

為了避免工字鋼腹板彎曲引起的彎曲變形，必須要確保腹板氣割的質(zhì)量，避免出現(xiàn)受熱變形現(xiàn)象。這就要求在氣割時(shí)按照一般鋼材下料的工藝進(jìn)行，避免出現(xiàn)工字鋼單邊受熱想象，影響工字鋼后續(xù)的組裝以及焊接。下料時(shí)可以從鋼料的中間切割，留取兩端。

如在進(jìn)行氣割時(shí)，可以現(xiàn)在鋼板兩頭100 mm處劃線，然后用鉆頭鉆一個(gè)5 mm大小的孔，作為氣割時(shí)的起始位置。然后按照從左到右的順序進(jìn)行切割，完成后自然冷卻5～8 h，從而最大限度的降低工字鋼切割過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。最后再利用手工氣割的方法將切割過(guò)程中產(chǎn)生的一些熔渣去除，并且測(cè)量切割后產(chǎn)品的形位參數(shù)。如果產(chǎn)生的變形較大，可以使用冷矯法對(duì)其形狀和尺寸進(jìn)行細(xì)微矯正，知道達(dá)到要求的精度。

2.3 翼板變形的防范措施

首先，可以采用反變形法，焊接之前先對(duì)其可能產(chǎn)生的變形量大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后采用反變形的方法分段完成對(duì)鋼板的壓制，實(shí)現(xiàn)其變形量大小的改善。目前這種方法在長(zhǎng)度較小，厚度較薄的鋼板中應(yīng)用較多；如果鋼板厚度較大，在采用反變形方法進(jìn)行矯正時(shí)，容易出現(xiàn)受力不均的現(xiàn)象，使其出現(xiàn)波浪變形，給工字鋼的轉(zhuǎn)配帶來(lái)更加嚴(yán)重的困難。

其次，可以采用剛性固定的方法，該方法能夠降低工字鋼翼板上角變形量的大小，防止翼板出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。但是在使用過(guò)程中需要采用合適的計(jì)算方法對(duì)固定點(diǎn)的位置和尺寸進(jìn)行計(jì)算。另外如果固定點(diǎn)的位置距離翼板邊緣非常近，還可以通過(guò)增加筋板的方式來(lái)降低翼板的變形量。焊接完成之后，將輔助立筋板去掉，即可得到變形量較小的工字鋼。

2.4 選擇合適的焊接順序

一般情況下，工字鋼具有4個(gè)角焊縫，如果焊縫出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象，就會(huì)在焊接位置處產(chǎn)生力的作用，使工字鋼縮短并且產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。所以在焊接過(guò)程中可以采用左下角-左上角-右下角-右上角的順序依次進(jìn)行焊接，即先完成一個(gè)工字截面的焊接，然后再焊接另一面。這樣工字鋼上下對(duì)角位置產(chǎn)生的變形量會(huì)相互抵消，確保其形位精度。同時(shí)還要注意焊接過(guò)程中的焊接方向，要確保4個(gè)焊縫的焊接方向一致，且一次完成一條焊縫的焊接。具體的焊接原則如下：

①收縮量較大處先進(jìn)行焊接；反之，則后焊接。

②距離中性軸較遠(yuǎn)處先進(jìn)性焊接；反之，則后焊接。

③具有對(duì)稱(chēng)軸的工件，焊接過(guò)程中應(yīng)該采用相同的參數(shù)。

3 焊接外的矯正措施

如果采取上面幾種措施后，工字鋼冷卻后仍然出現(xiàn)了變形現(xiàn)象，還可以通過(guò)以下幾種方面進(jìn)行校正：

①采用機(jī)械法進(jìn)行修正，按照其采用設(shè)備的不同可以將其分成翼緣矯直機(jī)矯正和工裝壓力矯正兩種，其中前者適用于寬度較大，超過(guò)200 mm的工字鋼；后者則適用于寬度小于200 mm的工字鋼。

②火焰矯正法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工字鋼的批量變形矯正，具有矯正成本高和矯正效率低的特點(diǎn)，另外在矯正過(guò)程中對(duì)操作人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)水平要求較高。

因此不管是通過(guò)何種方法進(jìn)行工字鋼變形的矯正，都對(duì)操作人員的技能和經(jīng)驗(yàn)水平要求較高，即要求其懂得材料變形的一般規(guī)律，只有這樣才能夠在施工過(guò)程中采取正確的施工工藝，降低其變形量。

4 結(jié) 語(yǔ)

變形是當(dāng)前工字鋼使用過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題，嚴(yán)重影響了其美觀和使用性能，因此必須要采取合理的措施徹底解決其變形問(wèn)題。通過(guò)本次論文的研究得到造成工字鋼變形的主要原因是其焊接過(guò)程中受熱不均勻、擺放不正確以及焊接順序不對(duì)造成的，所以在焊接過(guò)程中首先要將工件水平擺放，然后再按照一般焊接的工藝進(jìn)行焊接，即先中間后兩邊的對(duì)稱(chēng)焊接工藝，最大限度的降低工字鋼在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的撓曲變形和角變形現(xiàn)象。另外還可以根據(jù)焊接的具體情況采用活動(dòng)筋板以及剛性固定的方法。對(duì)于焊接完成之后的變形可以通過(guò)機(jī)械矯正和火焰矯正的方法進(jìn)行校正，矯正方法可以根據(jù)工件的寬度不同進(jìn)行選擇。

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