大型H型钢焊接变形的控制与矫正

摘要用二氧化碳气体保护焊现场组焊大型异形H钢结构件,配以合理的焊接工艺和焊接顺序, 减少焊接变形，并采用反变形施焊的方法;以及对焊接H型钢的矫正方法的探讨。

关键词异形焊接H型钢控制 矫正

1前 言

2010年，我单位承接克拉玛依石化总厂物料大棚施工工程，现场自制物料大棚柱梁, 异形柱结构形式如图 1 所示, 截面尺寸单根长度为 8200mm，腹板宽度250-490mm，翼缘板宽度250mm。对于物料大棚立柱的制造质量要求, 焊缝为一级焊缝, 构件长度制造允许偏差为±10mm, 高度的允许偏差为±2.0mm, 宽度的允许偏差为±3.0mm 弯曲矢高的允许偏差为 1/1000, 且不大于10mm, 扭曲偏差不大于h/250且不大于 5mm, 翼缘板垂直度的允许偏差为 2.5mm, 腹板局部平面度的允许偏差为 3.0mm。H 型钢因具有优越的结构型式和良好的力学性能而成为钢结构的主要结构模式。下面以焊接物料大棚立柱为例, 探讨焊接H 型钢焊接变形的控制与矫正方法。

图1 物料大棚立柱

2 焊接变形分析

2.1变形产生的原因

该结构按整体组装焊接的方式, 必然会造成较大的变形：一是腹板的拼接焊缝焊后收缩, 有可能使腹板产生波浪变形；二是上、下翼缘板与腹板的连接焊缝截面尺寸较大, 焊接过程中输入的热能量大, 上、下翼缘板必然会产生角变形并引起较大的纵向收缩变形, 使立柱在长度方向形成弯曲变形和扭曲变形；三是如果焊接顺序不合理, 还会造成扭曲变形。

2.2变形的控制方法

影响焊接变形的主要因素与焊缝在结构构件中的位置、焊接结构的刚性的大小、装配顺序、焊接顺序、焊接规范的选择与应用等有关。一旦焊接变形超过标准要求, 矫正将会非常困难,以至于不得不用气割割开重焊或不得已而使整根立柱报废。因此, 必须采取合理的组装焊接顺序和行之有效的工艺措施, 控制立柱的焊接变形, 确保制造质量达到设计和技术规范的要求。

3焊接方法选择

(1) 常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊和二氧化碳气体保护焊 3 种, 其特点见表 1。

(2) 综上所述, 二氧化碳气体保护焊与其它电焊比较，具有生产率高、 成本低、质量好、

焊接变形小、抗锈能力强、操作简便、适用范围广等优点, 主要表现在施焊过程中, 焊接电流密度大, 电弧热量利用率高, 电弧加热集中, 焊件受热面积小, 二氧化碳保护气流有较强的冷却作用, 焊接变形小, 焊后不需清渣;焊缝中含氢量小, 抗裂性能好, 焊缝金属的力学性能好。因此, 立柱的焊接选用二氧化碳气体保护焊进行焊接。

4焊接工艺及工艺措施

4.1 采用 2 名焊工用 2 台二氧化碳气体保护焊对称焊接：使其产生的应力和变形相互抵消, 减少焊接变形。

4.2 采用合理的组装、焊接顺序: 使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝能比较自由地收缩, 而不影响整个立柱结构的变形。

4.3 腹板备料时尽量采用无纵向接缝的宽板, 有条件时采用整张钢板, 减少拼接。

4.4 长度方向加长 30mm 余量。

4.5 采取不留间隙的紧密组装, 并确保装配质量。

4.6 采用刚性固定法: 焊前对吊车梁采用外加刚性拘束, 限制工件在焊接时的变形, 达到减少焊后变形的目的。

5组装焊接顺序

5.1 腹板在平台上拼装：优先采用整张钢板作腹板。对于不能使用整张钢板的腹板, 则按照先横焊, 后纵焊的顺序, 即先焊较短的横向对接焊缝, 然后焊沿板长度方向相等的纵向焊缝, 如图 2 所示。

图2 腹板拼接焊缝顺序

5.2 把焊好的上下翼缘板与腹板组装成工字梁,放在平台胎架上, 用刀把板和方销子固定, 然后用二氧化碳气体保护焊焊接。见图 3( b) 中的序号 1~4, 采用逐步退焊法加跳焊法焊接，焊接完1-2后，将H型钢翻转180度，重新固定，同样方法进行3-4的焊接。

6变形的矫正

焊后的 H 字梁仍有少量的角变形, 在翼缘板表面采用 5# 加热嘴用氧―――乙炔中性火焰三角形加热, 加热温度控制在 700℃~900℃, 以母材出现樱红色为宜,不能超过亮红色。加热时, 应注意控制火焰大小、加热温度和加热范围, 防止母材过热或局部熔化烧穿。为了提高矫正效果, 可用凉水急冷。

具体矫正方法是:：（1）挠曲变形的矫正：采用三角形加热，对水平板进行矫正，加热位置选在水平板外凸的一侧，如图 7 中 1 处。（2）拱变形的矫正：在立板上进行三角形加热, 加热位置应根据变形情况而定,如图 7 中 2 处。（3）角变形的矫正：在梁背面的两道焊缝的对应位置作线状加热, 加热宽度应小于焊角宽度, 加热深度不应超过板厚, 冷却后角变形即可消失, 经火焰矫正后测量, 各项指标完全符合设计和技术要求。

图4 焊接H型钢变形矫正示意图

图5 现场施工照片

7小 论

利用二氧化碳气体保护焊焊接大型H钢结构件, 配以合理的焊接工艺和焊接顺序, 可以大大减少焊接变形, 有利于提高产品的质量和员工的劳动生产率； 比手工焊和其它焊接生产效率高。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看