对火焰矫正施工方法处理钢结构焊接变形的分析研究

摘要：根据从事焊接工作多年经验，结合相关焊接资料，阐述了钢结构野营房焊接变形的主要种类和对焊接变形的火焰矫正施工方法的粗浅看法，讨论了在焊接方法中需要注意的规范问题。

关键词：焊接钢结构 焊接变形 火焰矫正 焊接规范

序言

随着国民经济的快速发展，钢制产品无论是在日常生活乃至于大型建设工程中得到了广泛的应用。而钢结构野营房的生产工艺的诞生，为现代石油装备工程建设增添了一道亮丽的风景。然而钢结构野营房的主要构件为焊接H型钢柱、梁、撑。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题，如果对焊接变形不给以及时矫正，则不仅会影响到结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性。

如果焊接钢制结构产生的变形超过技术设计允许变形范围，就应设法进行矫正，使其达到符合产品质量合格的要求。实践证明，多数变形的构件是可以矫正的。矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。在生产过程中普遍应用的矫正方法，主要有火焰矫正、机械矫正和复合矫正。但火焰矫正在具体实施时，存在诸多的问题，如果方法掌握、温度控制不当就会造成构件新的更大变形。因此，火焰矫正要有丰富的实践经验。本文对生产制造中造成焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗浅的分析。

1. 钢结构焊接变形的类型

（一）钢结构焊接变形的类型

钢结构焊接变形主要有角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪形失稳变形等。

（1）、角变形：是由于焊缝截面形状在厚度方向上不对称所引起的，在厚度方向上产生的变形。

（2）、波浪变形：大面积薄板拼焊时，在内应力作用下产生失稳而使板面产生翘曲成为波浪形变形。

（3）、扭曲变形：焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致，综合而形成的变形形态。扭曲变形一旦产生则难以矫正。主要由于装配质量不好，工件搁置不正，焊接顺序和方向安排不当造成的，在施工别要引起注意。

（二）焊接残余变形量的影响因素

（1）、焊缝截面积的影响：焊缝面积越大，冷却时引起的塑性变形量越大。焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且起主要的影响。

（2）、焊接热输入的影响：一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，重庆钢结构公司使接头塑性变形区增大。对纵向、横向及角变形都有变形增大的影响。

（3）、工件的预热、层间温度影响：预热、层间温度越高，相当于热输入增大，使冷却速度慢，收缩变形增大。

（4）、焊接方法的影响：各种焊接方法的热输入差别较大，在其他条件相同情况下，收缩变形值不同。

（5）、接头形式的影响：焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向及角变形量有不同的影响。

（6）、焊接层数的影响：横向收缩在对接接头多层焊时，第一道焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊时已与堆焊的条件和变形规律相似，因此收缩变形相对较小；纵向变形，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。

2. 火焰矫正方法

火焰矫正法利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后缩短来消除变形。此方法简单， 机动灵活， 适用面广。在使用时应控制温度和加热位置。钢结构焊接变形的种类与火焰矫正钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。对低碳钢和普通低合金钢材料通常采用600～780℃的加热温度。

以下为火焰矫正时的加热温度（材质为低碳钢16Mn）

注意事项：火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。

焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：（1）线状加热法；（2）点状加热法；（3）三角形加热法。下面简单介绍解决不同部位变形的校正施工方法。

2.1翼缘板的角变形矫正H型钢柱、梁、撑角变形。

在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下），注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。线状加热时要注意：（1）不应在同一位置反复加热；（2）加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。

2.2梁、柱、撑的上拱与下挠及弯曲。

1）、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。为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，较难掌握。

2）、翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度一般取20-80mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，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. 选用合理的焊接方法及参数

3.1.选择能量密度较高的焊接方法，如采用二氧化碳气体保护焊、等离子弧焊进行薄板焊接， 可以减少变形量。

3.2.采用较小的焊接线能量可以减少焊接变形量。但在实际生产中要考虑生产率， 焊接线能量不宜过低。

3.3.焊接不对称构件， 选用不同的焊接规范， 可以控制和调节弯曲变形。

3.4.把结构适当的分成部件， 分别装配焊装， 使不对称得焊缝和收缩量较大的焊缝在焊接过程中能比较自由的收缩而不影响整体结构， 然后拼焊成整体。这样有利于控制变形，矫正也比较容易。

3.5.分布在侧面中心线两侧的焊缝，一般来说，先焊的一侧焊缝产生的弯曲变形比后焊的一侧焊缝产生的弯曲变形要大。因此焊接顺序总的规律是先焊焊缝少的一侧。对于截面形状对称的结构， 尽可能采用对称焊接方法。防止薄板焊接变形的预拉伸法在薄板焊接骨架时， 采用机械的预拉伸， 加热的预拉伸， 或者两者同时使用， 使薄板预先得到拉伸或伸长， 然后在张紧薄板上装配焊接骨架， 可以有效防止波浪变形。

4. 结束语

火焰矫正过程中。选用合理的焊接方法及焊接顺序也是减少焊接变形的一个重要措施。针对不同结构的构件需要不同的焊接方法。当采用火焰矫正时应注意以下几点：

1）、火烤加热点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，要多选几个截面；

3）、宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态；

4）、加热温度最好不超过700度。

总之，不恰当的矫正操作产生的内应力与焊接内应力和负载应力会相互迭加，会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低。因此在钢结构生产中一定要特别小心，尽量采用合理的工艺措施以减少变形，焊接变形在一定程度上可以减少，不可避免的焊接变形采用合理的矫正办法进行矫正，这样才能使其达到符合产品质量的要求。

参考文献

[1]邓洪军《焊接结构生产》 机械工业出版社

[2]蕾世明《焊接方法与设备》 机械工业出版社

[3]张连生《金属材料焊接》 机械工业出版社

[4]中国船级社《材料与焊接规范》2009.北京：人民交通出版社.2009.