钢结构焊接变形的火焰矫正方法

钢结构焊接变形的火焰矫正方法摘要火焰矫正是钢结构制作过程中解决焊接变形常用的一种方法，本文重点介绍了钢结构焊接变形火焰矫正方法的施工工艺。关键词钢结构焊接变形矫正1前言在XXX三期炼钢板坯,轨梁精整等厂房钢结构制作项目中,大部分是由宽翼缘焊接H型钢组成梁、柱等构件。这些构件在加工过程中存在焊接变形问题。这些焊接变形如果不矫正，对结构的整体安装和工程的安全可靠性都存在很大的影响。为此我主要采用了火焰矫正方法，使这些梁柱的焊接变形得到了很好矫正。2气体火焰矫正原理金属具有热胀冷缩的特性，机械性能也随温度而变化。低碳钢（以Q235钢为例）的屈服极限σs温度的关系如图1虚线所示，一般可简化为实线所示，即当温度在500οC以下，屈服极限基本无变化；温度高于600οC时，屈服极限接近于零。温度在500—600οC之间时呈线性变化。当金属结构局部加热时，加热区的金属热膨胀受到周围冷金属的阻止，不能自由变形，某些部位的金属被塑性压缩。冷却后，残留的局部收缩使结构获得所需要的变形。图1：Q235钢屈服极限与温度关系2.1线状加热法线状加热法的原理如图2所示，钢板表面被加热后，离加热点最近的表面温度上升最快，膨胀也最快，周围所受热影响较小，膨胀也很小，加热停止后，温度向周围扩散，被加热部分开始冷却，形状也渐次恢复，但又因钢板表面与空气接触，热散较快，因而使表面被加热部分还未恢复原状就已固定下来。σS/MPa随着冷却过程的持续（图2），在中性轴上侧的高温开始收缩，其收缩力使板向上弯曲，弯曲终止后，钢板两端各缩短a/2，中间却凸起a，这样总体积不变，重量也不变。火焰沿钢板直线方向移动，同时为使加热线增宽也可作横向摆动，形成长条形加热。图2:线状加热冷却收缩过程2.2点状加热法对薄板进行加热时，因板较薄，表面热量很快传递到内侧，高温部分贯通至整个板的横剖面。冷却时，上下表面冷却相同，中性轴上下侧的冷却收缩力也相同，所以加热时上下表面膨胀部分留下来，从而造成板整体缩短，但并没有弯曲。如图3所示。图3:点状加热冷却收缩过程缩短加工时加热点位置相对固定。这种方法一般用于矫正薄板波浪变形。2.3加热温度和冷却介质火焰矫正所用氧—乙炔混合比应为1：1.05—1：1.25之间的中性焰或氧化焰比较合适。按火焰矫正的加热温度可分为低温矫正、中温矫正和高温矫正三种，相应的加热温度和冷却介质见表1所示。表1：火焰矫正加工温度分类加热温度/℃低碳钢颜色冷却介质低温矫正500-600℃在亮处呈红色水中温矫正600-700℃暗红色空气和水高温矫正700-800℃浅桃红色空气2.3.1低温矫正低碳钢根据图1中加热到500—600οC时，低碳钢的屈服极限已大幅度下降，加热到这个温度范围，可以起到火焰矫正的目的，且金相组织和机械性能不变。由于喷水、冷却速度快，火焰矫正效率高。这种方法我们在实际生产中采用较少。2.3.2中温矫正中温矫正时金属的加热温度在600—700οC，屈服极限σs更接近零值。加热温度仍在相变温度以下，金属组织没有相变，因此金属的机械性能也变化不大。中温矫正在我们实际生产中经常使用。2.3.3高温矫正这一温度范围内虽然存在金属组织的相变，但由于Q235、Q235F和Q345等钢材在空气中冷却后，仍然可以得到退火组织，其机械性能变化也不大。但如果加热温度过高，会引起奥氏体晶粒长大，冷却中得不到细化，则会增加金属的脆性，降低冲击韧性。应注意，对Q345钢加热至相变温度的情况下不得使用水冷，否则将产生低碳马氏体，影响冲击韧性。对加热温度，还应注意线状加热应限制在650οC以下，点状加热时应限制在750οC以下。3钢结构焊接变形的种类及火焰矫正钢结构中的主要构件为焊接H型钢梁、柱。其焊接变形经常采用的三种火焰矫正法为：（1）线状加热法；（2）点状加热法；（3）三角形加热法。以下具体介绍在攀钢三期钢构制造中解决不同部位变形的施工方法。3.1翼缘板的角变形。矫正H型钢梁、柱焊接角变形。在翼缘板上面（对着韩焊缝外）纵向线状加热，注意加热范围不能超过两焊脚所控制的范围，可以不用水冷却，见图4。线状加热时要注意：（1）不应在用一处反复加热；（2）加热过程中要浇水。这两点是火焰矫正的一般原则。图4:角变形3.2梁、柱的上拱（下挠）弯曲方法一：在翼缘板上，对着纵长焊缝，由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生旁弯和扭曲变形，两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减小焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时较大的横向收缩，较难掌握。方法二：翼板上作线状加热，在腹板上三角形加热，见图5。用这种方法矫正梁、柱的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度通常取20—90mm，板厚小时，加热带要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人操作完成，再分别加热三角形。三角形的宽度应不超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形应由顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复。图5：三角形和横向加热矫正弯曲3.3梁、柱的旁弯变形梁柱的旁弯变形采取对翼板边进行三角形加热，如图6。图6:三角形加热矫正旁弯具体方法和要求同3.2中方法二所述。采用中温矫正，浇水要少，如淋浴程度即可。另外还需注意对厚度较大或淬硬倾向较大的钢材，不能采用水冷。为提高矫正效果和质量，在加热过程中用夹具把翼缘板向凹侧夹固。4结语火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力，与焊接内应力和负载应力迭加，会使梁柱的总应力超过许用应力，而降低承载安全系数，因此在钢结构制造中一定要慎重，尽量采用合理的工艺措施以减小变形，在确定需要火焰矫正时应注意以下几点：（1）烤火位置不得在主梁最大应力截面附近；（2）矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，可多选几个截面；（3）宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态；（4）加热温度最好不要超过700οC。