焊接H型鋼薄腹板起鼓變形原因分析與質(zhì)量控制

紀(jì)華亭

摘 ? ?要：通過(guò)薄腹板起鼓變形的原因分析，從鋼板切割變形、焊接應(yīng)力變形以及焊后變形矯正三個(gè)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(shè)計(jì)及規(guī)范要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：焊接H型鋼薄腹板;變形原因;質(zhì)量控制

1 ?前言

日常生產(chǎn)中在加工腹板厚度≤6mm、截面高度>600mm的焊接H型鋼時(shí)，由于鋼板自身內(nèi)應(yīng)力和遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的壓縮應(yīng)力超過(guò)了鋼板失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值而導(dǎo)致腹板產(chǎn)生波浪變形，嚴(yán)重影響構(gòu)件的外觀質(zhì)量。矯正變形不僅費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，而且往往難以達(dá)到規(guī)范的技術(shù)要求。

工藝人員通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐，在鋼結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)整合，采取火焰矯正的同時(shí)避開(kāi)蘭脆溫度區(qū)段在火圈周?chē)┮藻N擊矯正，達(dá)到了快速矯正的目的。

2 ?薄腹板起鼓變形原因分析與對(duì)策

一是由于鋼板自身內(nèi)應(yīng)力和遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的壓縮應(yīng)力超過(guò)了鋼板失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值而導(dǎo)致單板產(chǎn)生起鼓變形;二是由于熱脹冷縮的原因?qū)е赂拱鍤堄鄳?yīng)力無(wú)法釋放，從而產(chǎn)生起鼓變形。

根據(jù)變形情況將變形區(qū)域分成幾個(gè)區(qū)段，各區(qū)段用線狀加熱法由兩側(cè)向中央進(jìn)行加熱或在變形最高點(diǎn)周?chē)┮渣c(diǎn)狀加熱與錘擊相結(jié)合進(jìn)行矯正方法，使腹板平面度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 ?制定工藝措施及控制

控制變形措施分為切割應(yīng)力控制、焊接應(yīng)力控制和焊后變形矯正三個(gè)過(guò)程控制措施。

3.1 ?消除切割應(yīng)力控制變形的措施

3.1.1 ?切割時(shí)鋼板變形的控制

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

3.1.2 ?錘擊消除鋼板軋制和切割殘余應(yīng)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(cè)一錘挨一錘進(jìn)行擊打，一直錘擊到頭，在消除切割應(yīng)力后再進(jìn)行H型鋼組對(duì)。

3.2 ?焊接應(yīng)力的控制措施

3.2.1 ?定位焊縫的工藝控制

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，定位焊盡量少焊，以減少應(yīng)力。因此焊縫長(zhǎng)度應(yīng)控制在50mm、間距應(yīng)按500mm、焊縫高度不得超過(guò)實(shí)際焊縫高度的2/3，以此來(lái)控制定位焊接應(yīng)力，在整體焊接完成后變形量較小。

3.2.2 ?埋弧焊接參數(shù)控制

根據(jù)焊接規(guī)范以及日常實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，腹板δ≤6mm的焊接參數(shù)見(jiàn)表1。通過(guò)較小的焊接熱輸入，獲得較小的焊接變形。

3.2.3 ?焊接過(guò)程控制

埋弧焊接時(shí)構(gòu)件放置應(yīng)平穩(wěn)，施焊時(shí)中途不得隨意停止，焊接方向應(yīng)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(jìn)行了變形控制，但焊接壓應(yīng)力導(dǎo)致薄腹板失穩(wěn)而產(chǎn)生的波浪變形還是會(huì)發(fā)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(duì)這兩種方法前者適宜用點(diǎn)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(nèi)起鼓變形

當(dāng)起鼓高度不大于腹板厚度時(shí)，可在凸面頂點(diǎn)向外進(jìn)行點(diǎn)狀加熱，加熱點(diǎn)直徑約為40mm左右;當(dāng)起鼓高度大于腹板厚度時(shí)，在板材產(chǎn)生變形的地方，可在沿最高處的周?chē)家渣c(diǎn)狀加熱，當(dāng)火焰溫度到800℃（淡紅色）時(shí)可在加熱區(qū)周?chē)N擊，錘擊時(shí)可沿凸起部位的兩側(cè)平整的地方開(kāi)始，逐步向凸起處圍攏，使塑性變形區(qū)的金屬延伸，恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度。同時(shí)加熱區(qū)內(nèi)金屬在冷卻過(guò)程中要產(chǎn)生收縮，其收縮的趨勢(shì)使變形長(zhǎng)度縮短，于是變形撓度f(wàn)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(shí)停止錘擊，待冷卻至40-50℃（手觸摸無(wú)燙感）時(shí)復(fù)行錘擊，以徹底消除其內(nèi)應(yīng)力。

3.3.2 ?大范圍的起鼓變形

可將變形范圍分成幾個(gè)區(qū)段，各段內(nèi)用線狀加熱法由兩側(cè)向中央進(jìn)行加熱。若是低碳鋼加熱的同時(shí)可以在空氣中冷卻或噴水急冷，使變形盡快恢復(fù)。

3.4 ?關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制措施

（1）火焰矯正時(shí)不能直接布置在變形最高點(diǎn)上，而應(yīng)從變形小的地方開(kāi)始向變形大的地方進(jìn)行，這樣可逐步減小變形最高處的撓度。

（2）點(diǎn)狀加熱點(diǎn)直徑過(guò)大，易使火圈表面皺折;直徑過(guò)小，會(huì)使周?chē)鷦傂赃^(guò)大而產(chǎn)生很大的局部平面應(yīng)力，甚至造成龜裂。

（3）矯正時(shí)不得在蘭脆區(qū)段（200℃～400℃）進(jìn)行錘擊，為避免出現(xiàn)錘擊傷痕應(yīng)在錘擊處加設(shè)錘墊。

4 ?結(jié)語(yǔ)

大截面焊接H型鋼在輕鋼結(jié)構(gòu)廠房工程屋面梁方面應(yīng)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(shù)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50205鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè).中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)編著.