鋼結(jié)構(gòu)焊接變形矯正方法探討

莫焱

摘要：鋼結(jié)構(gòu)是由型鋼和鋼板等鋼材經(jīng)焊、鉚或螺栓連接而形成的一種結(jié)構(gòu)。被廣泛應(yīng)用于高度和跨度較大的結(jié)構(gòu)，以及可拆卸的結(jié)構(gòu)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(zhì)，鋼結(jié)構(gòu)普遍存在著變形問題。因此，焊接鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形超過技術(shù)設(shè)計(jì)允許變形范圍時(shí)，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行矯正，使其達(dá)到符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。本文對(duì)幾種常見的焊接變形進(jìn)行了分析，同時(shí)介紹了控制和矯正焊接變形的常用方法。以提高鋼結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：焊接變形；鋼結(jié)構(gòu)；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(chǎn)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(shí)，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(xiàn)的現(xiàn)象，它對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大。鋼材的縱向收縮與橫向收縮都會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。就是T形梁，翼緣板很厚，而腹板很薄時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生特殊的彎曲變形。

1.4 角變形

對(duì)較厚鋼板進(jìn)行單面焊接時(shí)，焊接的這一側(cè)溫度高，背面溫度低，這樣在冷卻時(shí)，焊接的一側(cè)收縮較大。加熱區(qū)在橫向上的收縮，就引起了相對(duì)角度變化的角變形。

1.5 波浪變形。

也叫做褶皺變形，主要發(fā)生在薄鋼板構(gòu)件中。薄鋼板冷卻收縮的時(shí)候，不同區(qū)域之間互相產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力較大時(shí)，薄鋼板就無法維持穩(wěn)定出現(xiàn)褶皺。6）

2.1 火焰矯正方法

2.1.1 柱、梁、撐的上拱與下?lián)霞皬澢?/p>

1）在翼緣板上，對(duì)著縱長(zhǎng)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(chǎn)生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進(jìn)行?？刹扇〉蜏爻C正或中溫矯正法。這種方法有利于減少焊接內(nèi)應(yīng)力，但這種方法在縱向收縮的同時(shí)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(shí)，加熱寬度要窄一些，加熱過程應(yīng)由寬度中間向兩邊擴(kuò)展。線狀加熱最好由兩人同時(shí)操作進(jìn)行，再分別加熱三角形三角形的寬度不應(yīng)超過板厚的2倍，三角形的底與對(duì)應(yīng)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(cè)擴(kuò)展，一層層加熱直到三角形的底為止。加熱腹板時(shí)溫度不能太高，否則造成凹陷變形，很難修復(fù)。

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(diǎn)加熱法配合手錘矯正。加熱圓點(diǎn)的直徑一般為50～90mm，當(dāng)鋼板厚度或波浪形面積較大時(shí)直徑也應(yīng)放大，可按d=（4δ+10）mm（d為加熱點(diǎn)直徑；δ為板厚）計(jì)算得出值加熱。烤嘴從波峰起作螺旋形移動(dòng)，采用中溫矯正。當(dāng)溫度達(dá)到600～700度時(shí)，將手錘放在加熱區(qū)邊緣處，再用大錘擊手錘，使加熱區(qū)金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生過大的收縮應(yīng)力。矯完一個(gè)圓點(diǎn)后再進(jìn)行加熱第二個(gè)波峰點(diǎn)，方法同上。為加快冷卻速度，可對(duì)Q235鋼材進(jìn)行加水冷卻。這種矯正方法屬于點(diǎn)狀加熱法，加熱點(diǎn)的分布可呈梅花形或鏈?zhǔn)矫茳c(diǎn)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(jié)構(gòu)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(fā)生扭曲的部位，一般是兩處，一處向順時(shí)針扭曲，一處向逆時(shí)針扭曲。在發(fā)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(fā)生順時(shí)針變形處用火焰逆時(shí)針在變形截面上中火烘烤，每塊板烘烤的長(zhǎng)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(fā)生逆時(shí)針變形處用火焰順時(shí)針在變形截面上中火烘烤，每塊板烘烤的長(zhǎng)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(shí)可以實(shí)施水冷或空冷，如果最后恢復(fù)變形的效果不好，可以連續(xù)實(shí)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(gè)部位的變形。一般情況下溫度控制在650℃，然后進(jìn)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(huì)隨之提升。而加熱的部位不可利用水來進(jìn)行冷卻，也不能將位置超過焊腳范圍內(nèi)。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(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法，是使用機(jī)械力的作用，對(duì)焊接變形進(jìn)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(jī)、矯板機(jī)等。矯正時(shí)，先將焊件固定在支撐之間，再對(duì)構(gòu)件施加與焊接變形方向相反的力，使其產(chǎn)生相反的塑性變形，補(bǔ)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(jié)構(gòu)焊接變形的控制措施

3.1 合理的裝配和焊接順序

要有標(biāo)準(zhǔn)的水平平臺(tái)，用于制作和拼接鋼件，這樣保證了構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)制組對(duì)，防止焊件的變形。對(duì)接口的間隙，搭接長(zhǎng)度，坡口角度連接要合理。對(duì)稱的焊件具有對(duì)稱分布的焊縫，對(duì)稱焊接可以將焊接變形互相抵消和簡(jiǎn)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(duì)稱焊接依然會(huì)產(chǎn)生變形，所以，焊接順序不能隨便安排。在焊接過程中，對(duì)稱的構(gòu)件要先裝配好，再由成對(duì)的焊工對(duì)應(yīng)的同時(shí)焊接。有些鋼結(jié)構(gòu)很難同時(shí)對(duì)稱的焊接，此時(shí)，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(shí)產(chǎn)生的能量愈小，構(gòu)件的變形就愈不明顯。因此，在焊接時(shí)，應(yīng)盡量選取小焊條、實(shí)施多層焊接，焊接電流以及焊接速度要進(jìn)行適當(dāng)選取。在進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)遵循先短后長(zhǎng)、先立角后平角、先對(duì)接后角接的原則。

結(jié)語

焊接鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的變形會(huì)給生產(chǎn)的安全帶來嚴(yán)重的威脅，所以矯正是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。而實(shí)際的工作中，也證明了大多數(shù)情況下可以通過有效的矯正方式來對(duì)變形的構(gòu)件進(jìn)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(shù)的運(yùn)用需要高精密技術(shù)的支持。所以要解決鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形問題，仍然需要在實(shí)際的工作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)在矯正方式上的進(jìn)步和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[2]橋梁鋼結(jié)構(gòu)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(shù)開發(fā).2015（09）endprint