預(yù)防和矯正H型梁焊接變形的探討

張書(shū)海 曲直

摘 要：H型鋼具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐用性好等優(yōu)點(diǎn)，在各種大型結(jié)構(gòu)中被越來(lái)越廣泛地采用。然而H型鋼的焊接變形問(wèn)題是常見(jiàn)又很難解決的問(wèn)題，文章結(jié)合工程實(shí)際，探討H型鋼焊接變形的預(yù)防和矯正。

關(guān)鍵詞：H型鋼；變焊接變形；形預(yù)防；矯正措施

近幾年隨著科技和生產(chǎn)的發(fā)展，在鋼構(gòu)件的制作安裝中，H型鋼的使用相當(dāng)廣泛。H型鋼具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)型式和良好的力學(xué)性能而成為鋼結(jié)構(gòu)的主要架構(gòu)模式，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑中。在H型梁的制作過(guò)程中，焊接變形成為整個(gè)制作過(guò)程最突出的問(wèn)題，因此焊接變形控制是H型鋼制造質(zhì)量的關(guān)鍵。文章通過(guò)H型梁焊接變形的問(wèn)題機(jī)理分析，并結(jié)合理論與生產(chǎn)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出避免焊接變形的方法，與大家共同研究。

1 產(chǎn)生焊接變形的原因分析

H型梁在焊接過(guò)程中焊接熱場(chǎng)的不均勻性是產(chǎn)生焊接變形的最主要原因。由于焊接時(shí)局部被加熱到融化狀態(tài)，在該焊區(qū)產(chǎn)生壓縮塑性變形，焊縫金屬在凝固和冷卻過(guò)程中，體積要發(fā)生收縮，而其他部位有阻止其收縮，因而使焊件產(chǎn)生變形和焊接殘余應(yīng)力。由于焊接結(jié)構(gòu)的焊縫分布不同等因素可產(chǎn)生收縮變形、扭曲變形、角變形、彎曲變形、波浪變形等，H型梁焊接變形主要有：角變形、扭曲變形和彎曲變形。

角變形：角變形發(fā)生的根本原因是橫向收縮變形在厚度上的不均勻分布。焊縫正面的變形大，背面的變形小，這樣就造成了構(gòu)件平面的偏轉(zhuǎn)，既形成翼板角變形。

扭曲變形：由于焊件裝配質(zhì)量不好，H型鋼擱置不當(dāng)，焊接順序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲變形，但根本原因還是由于焊縫的縱向收縮和橫向收縮所致。

彎曲變形：由于溫度在翼板或腹板上分布不均勻引起翼板或腹板的縱向收縮而產(chǎn)生的。腹板兩邊受熱不均勻，導(dǎo)致兩邊收縮量不一致，產(chǎn)生彎曲。

2 焊接變形的預(yù)防措施

影響焊接變形的原因多方面，如焊接方法、接頭形式、坡口角度、裝配間隙、對(duì)口質(zhì)量、焊接速度、H型鋼的自重等。

2.1 設(shè)計(jì)合理的焊接結(jié)構(gòu)

合理的焊接結(jié)構(gòu)是保證焊接的工作量最小，是控制焊接變形的第一步。首先應(yīng)選擇合理焊縫形式和尺寸，其次盡可能減少不必要的焊縫，使焊接工作量最小，最后應(yīng)合理安排焊縫的位置，避免焊縫大量集中，增大焊接應(yīng)力。

2.2 采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?/p>

2.2.1 下料的控制

下料時(shí)有兩個(gè)方面要注意問(wèn)題：焊接時(shí)有1%收縮余量，所以下料時(shí)應(yīng)該考慮到焊接收縮余量；二是在下料時(shí)有可能腹板旁彎，導(dǎo)致H型鋼向上拱起，因此要控制腹板下料時(shí)的切割變形。

2.2.2 反變形法

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算，預(yù)先對(duì)焊件變形的大小和方向做出估計(jì)，將焊件反向壓彎或者焊接時(shí)施加反向外力使之變形。反變形法僅僅適用長(zhǎng)度較短的薄板，在大型H型梁生產(chǎn)中應(yīng)用不多。

2.2.3 剛性固定法

剛性大的焊件焊接后變形一般都比較小，而剛性比較小的焊件需要采用專用夾具以提高焊件剛性，來(lái)減小變形。這個(gè)方法防止H型梁的角變形、扭曲變形效果好。在焊接結(jié)束時(shí)，焊件工作溫度冷卻到室溫后，才可去掉剛性固定。

2.2.4 熱調(diào)整法

焊接變形主要是不均勻加熱造成的。若焊接線進(jìn)行預(yù)熱，可減少焊接熱影響區(qū)的溫度和結(jié)構(gòu)的溫度差降低不均勻加熱的程度，就會(huì)有利于減少焊接變形。減小受熱區(qū)寬度的措施有：小電流快速不擺動(dòng)代替大電流慢速擺動(dòng)焊接，小直徑焊條代替大直徑焊條，多層焊代替單層焊，用氬弧焊焊和埋弧焊代替手工焊等。

2.2.5 選擇合理的焊接順序

收縮量大的焊縫應(yīng)當(dāng)先焊，如果一個(gè)焊件既有對(duì)接焊接又有角焊接縫，應(yīng)該先焊對(duì)接焊縫，后焊角焊縫；對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可將焊件適當(dāng)?shù)胤譃椴煌糠郑謩e裝配焊接，然后再組焊成整體，使得焊縫能相對(duì)自由地收縮，這樣H型鋼的變形量會(huì)小一些。

3 焊接變形的矯正

矯正應(yīng)遵循兩個(gè)原則：（1）矯正位置要正確，必須分析焊件變形的原因和焊件之間的內(nèi)在聯(lián)系，弄清楚各個(gè)焊件之間的相互關(guān)系。（2）矯正順序要正確。先矯正主要變形，后矯正次要變形，多種矯正方法同時(shí)使用時(shí)，要注意幾種方法的先后順序。

3.1 機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正就是利用外力使H梁產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，施加反作用力。

3.1.1 型鋼矯直機(jī)

型鋼矯直機(jī)常用于翼板的角變形，主要作用是矯直型鋼可能出現(xiàn)的翼緣內(nèi)并、外擴(kuò)、扭轉(zhuǎn)等缺陷，對(duì)型鋼矯直機(jī)產(chǎn)生的矯枉過(guò)正問(wèn)題進(jìn)行重視。

3.1.2 錘擊法

用圓頭小錘敲擊焊縫金屬，能促使焊縫及其周圍壓縮性變形區(qū)域的金屬得到適當(dāng)延展，以補(bǔ)償焊縫的縮短，以達(dá)到消除焊接變形的目的。

3.2 火焰加熱矯正法

火焰矯正法是利用火焰使H型鋼不均勻受熱，從而獲得反向的變形，來(lái)補(bǔ)償或抵消原來(lái)的焊接變形，從而達(dá)到使H型鋼恢復(fù)正確形狀、尺寸的目的。火焰加熱矯正法常用的加熱方式有點(diǎn)狀加熱、線狀加熱和三角形加熱。加熱矯正能消除很多機(jī)械矯正無(wú)法解決的變形，掌握火焰局部加熱引起的變形的規(guī)律是做好矯正的關(guān)鍵，而加熱的位置和加熱溫度則影響火焰矯正的效果，參見(jiàn)表1各種顏色可判斷溫度范圍。

針對(duì)不同的變形采用相應(yīng)的矯正方法：（1）對(duì)翼板所產(chǎn)生角變形最好采用線狀加熱，在焊縫背面翼板中間處加熱，加熱寬度應(yīng)小于焊角寬度，熱深度不應(yīng)超過(guò)板厚，火焰作直線運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)加熱帶，加熱溫度在500～600℃為最好，一次沒(méi)有完全矯平的，可再加熱，直到矯平為止。（2）對(duì)于H型鋼的彎曲變形，一般采用三角形加熱法，對(duì)水平板進(jìn)行矯正，加熱位置選定在翼板外凸起的一側(cè)。（3）拱變形矯正，在腹板上進(jìn)行三角形加熱，加熱位置應(yīng)依據(jù)實(shí)際變形情況而定，如果矯正結(jié)果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，可以反復(fù)多次進(jìn)行矯正，直到處矯正結(jié)果達(dá)到使用要求。

火焰矯正是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的操作，不恰當(dāng)?shù)某C正產(chǎn)生的矯正應(yīng)力可能會(huì)使H型梁縱應(yīng)力超過(guò)允許的應(yīng)力，從而降低承載的安全系數(shù)。所以要結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形情況，確定加熱方式、加熱位置，并能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷加熱區(qū)的溫度，才能獲得滿意矯正效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章首先對(duì)H型梁焊接變形原因進(jìn)行了分析，并根據(jù)適當(dāng)?shù)墓に嚳刂票M量減少、減小變形，最后針對(duì)可能出現(xiàn)的幾種變形，提出了矯正措施，以達(dá)到減少H型梁焊接變形的目的。通過(guò)科學(xué)合理的焊接工藝，提高焊接質(zhì)量。

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