論鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的矯正方法

摘 要：本文依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)介紹不同的矯正方法，通過(guò)制造新的變形矯正已經(jīng)發(fā)生的變形，使鋼結(jié)構(gòu)的性能達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。

關(guān)鍵詞：機(jī)械矯正法；火焰矯正法；焊接變形

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0013-01

在制作鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，特別是制作一些梁、鋼柱和H型鋼的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到鋼結(jié)構(gòu)焊后發(fā)生焊接變形的現(xiàn)象，焊接變形不僅會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、尺寸、加工精度和受壓時(shí)的穩(wěn)定性，還會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力，使鋼結(jié)構(gòu)達(dá)不到設(shè)計(jì)和使用要求。不僅影響了結(jié)構(gòu)的整體安裝，同時(shí)還會(huì)降低工程的安全可靠性。因此，對(duì)于焊后結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超過(guò)技術(shù)要求的變形應(yīng)進(jìn)行矯正，使其達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。目前，生產(chǎn)中用于變形矯正的方法有機(jī)械矯正法和火焰矯正法，兩者矯正的實(shí)質(zhì)都是設(shè)法制造新的變形去抵消已發(fā)生的變形。

1 機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，是冷作矯正金屬變形的一種方法。它是使發(fā)生相反方向變形的兩者相互抵消，達(dá)到矯正變形的目的。機(jī)械矯正法分為手工矯正法和機(jī)械設(shè)備矯正法。

1.1 手工矯正

對(duì)于尺寸較小的局部變形一般采用手工矯正。手工矯正的主要設(shè)備有大錘小錘和平臺(tái)。在實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)進(jìn)行板件旁彎變形矯正、凹凸變形矯正、角變形矯正、扭曲變形矯正等。但手工矯正易出現(xiàn)錘疤和冷作硬化，使材料變脆，容易產(chǎn)生裂紋。另外，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率也很低，因此，僅適用于剛度較小，工作量不大的零部件。

1.2 機(jī)械設(shè)備矯正

機(jī)械設(shè)備矯正是焊接結(jié)構(gòu)普遍使用的一種矯正方法，其生產(chǎn)效率高，矯正表面質(zhì)量好。機(jī)械矯正通常使用的設(shè)備有卷板機(jī)、油壓頂彎?rùn)C(jī)等。另外，還會(huì)用壓力機(jī)或千斤頂?shù)仍O(shè)備來(lái)矯正焊后產(chǎn)生的彎曲變形；焊后變形主要是焊縫及其附近區(qū)域收縮引起的，若沿焊縫區(qū)鍛打或碾壓，使該區(qū)得到塑性延伸，就能補(bǔ)償焊接時(shí)產(chǎn)生的塑性變形，達(dá)到消除變形的目的。對(duì)于具有規(guī)則焊縫的薄板結(jié)構(gòu)，可使用碾壓設(shè)備對(duì)焊縫及其附近碾壓，延展焊縫及其周圍壓縮變形區(qū)域的金屬，因?yàn)槭褂媚雺涸O(shè)備消除變形具有生產(chǎn)效率高，外觀質(zhì)量好，不會(huì)產(chǎn)生錘疤，有很大的優(yōu)越性，能收到很好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。采用機(jī)械矯正法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)變形的矯正，鋼結(jié)構(gòu)容易引起金屬冷作硬化，只能用于塑性良好的材料，不允許對(duì)脆性材料或塑性較差的材料進(jìn)行機(jī)械矯正。只適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的中、小型焊件。實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械矯正法矯正過(guò)程中可能使用專用的卷板機(jī)、大型油壓頂彎?rùn)C(jī)、水壓機(jī)、頂床或人工利用大錘矯正，所以有一定的條件限制。

2 火焰矯正法

火焰矯正法是利用火焰為熱源對(duì)金屬進(jìn)行局部加熱，使較長(zhǎng)的金屬產(chǎn)生壓縮塑性變形，在冷卻后收縮，收縮產(chǎn)生的變形去抵消焊接引起的殘余變形，來(lái)達(dá)到矯正變形的目的?；鹧娉C正法一般使用氣焊焊炬，不需要專門的設(shè)備，方法簡(jiǎn)單，操作方便，比較機(jī)動(dòng)靈活，不受鋼結(jié)構(gòu)尺寸的限制，可以在大型復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行校正，因此在生產(chǎn)上應(yīng)用比較廣泛。

2.1 火焰矯正的質(zhì)量

矯正質(zhì)量一般和加熱位置、加熱溫度和加熱區(qū)的形狀有著密切的關(guān)系。

2.1.1 加熱位置

加熱位置是矯正變形成敗的的關(guān)鍵，如果加熱位置選擇不當(dāng)，不但起不到矯正的作用，反而會(huì)加重已有的變形。因此，加熱位置必須使焊件的變形方向和焊接產(chǎn)生的殘余變形方向相反，如產(chǎn)生彎曲變形或角變形的原因主要是焊縫集中于焊件中性軸的一側(cè)，矯正的時(shí)候必須選在中性軸的另一側(cè)才能讓殘余變形抵消，達(dá)到矯正的目的。

2.1.2 加熱溫度

鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱時(shí)，加熱部位的溫度必須高于相鄰為加熱的部位的溫度，金屬受熱膨脹受阻，產(chǎn)生壓縮性變形，才能達(dá)到矯正的目的。對(duì)于厚碳鋼板或剛性大的焊接構(gòu)件局部加熱溫度高于100℃就能產(chǎn)生壓縮塑性變形，而在生產(chǎn)中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行矯正時(shí)溫度一般控制在600～800℃之間，鋼板呈現(xiàn)暗櫻紅色和深櫻紅色為合適，可以出現(xiàn)櫻紅色，但不能出現(xiàn)淡櫻紅色。一般通過(guò)眼睛觀察加熱部位顏色就能判斷出加熱的大致溫度。

2.1.3 加熱區(qū)的形狀

加熱區(qū)的形狀有點(diǎn)狀、條狀和三角形三種。

2.1.3.1 點(diǎn)狀加熱

顧名思義就是集中在金屬表面上一點(diǎn)進(jìn)行加熱。這樣可以獲得以加熱點(diǎn)為中心的均勻徑向收縮效果。加熱點(diǎn)直徑d≥15mm，加熱點(diǎn)中心距a為50～100mm，適合薄板加熱，易于矯平。而對(duì)于鋼板較厚或者是變形量比較大的工件，采用單點(diǎn)加熱無(wú)法達(dá)到矯正矯平的目的時(shí)，此時(shí)可以采用多點(diǎn)加熱。多點(diǎn)加熱常以梅花狀均勻分布。

2.1.3.2 條狀加熱

火焰沿直線方向移動(dòng)，連續(xù)加熱金屬表面，形成一條加熱線，故也稱為線狀加熱。若在移動(dòng)過(guò)程中適當(dāng)?shù)淖鰴M向擺動(dòng)，就會(huì)形成有一定寬度的加熱帶。條狀加熱多用于矯正角變形、扭曲變形等。

2.1.3.3 三角形加熱法

加熱區(qū)呈三角形，故得名三角形加熱，可以獲得三角形底邊橫向收縮大于頂端橫向收縮的效果，適合矯正發(fā)生彎曲變形的焊接構(gòu)件。采用火焰法矯正鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件部分金屬發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的壓縮塑性變形，達(dá)到矯正整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形的目的。

2.2 利用火焰矯正法的應(yīng)注意的事項(xiàng)

矯正之前應(yīng)認(rèn)真分析鋼結(jié)構(gòu)的變形成因，制定矯正工作方案，確定加熱位置及矯正步驟。了解被矯正鋼結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)。焊接性好的材料，一般都采用火焰矯正，火焰矯正后材料性能變化也小。如低碳鋼，低合金鋼Q345，不僅可以用火焰矯正，板厚不大時(shí)還可以澆水快速冷卻，這樣可以限制熱膨脹的范圍，增加對(duì)加熱區(qū)的擠壓作用，提高矯正效率。同時(shí)，應(yīng)注意火焰矯正法同樣要消耗材料一部分塑性，對(duì)于有淬火傾向或剛性很大的鋼結(jié)構(gòu)，不宜使用。并且溫度不宜超過(guò)800℃，否則會(huì)引起加熱區(qū)過(guò)熱，使機(jī)械性能降低。矯正薄板變形若需錘擊時(shí)，應(yīng)采用木錘，不易產(chǎn)生錘疤。加熱火焰一般才采用中性焰。

實(shí)踐證明，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的多數(shù)變形是可以矯正的。不管是采用機(jī)械矯正法矯正還是采用火焰矯正法矯正，實(shí)質(zhì)上都是想方設(shè)法制造新的變形來(lái)達(dá)到或抵消已經(jīng)發(fā)生的變形，通過(guò)矯正，使鋼結(jié)構(gòu)的功能既滿足了設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)要求，又滿足了使用要求。

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作者簡(jiǎn)介：郭廣凱（1978-），男，河南安陽(yáng)人，學(xué)歷：本科，專業(yè)：土木工程。研究方向：鋼結(jié)構(gòu)焊接變形矯正。