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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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；