鋼結(jié)構(gòu)焊接變形矯正方法探討

呂哲　陳鵬

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)連接普遍采用焊接，焊接時(shí)在局部加熱、融化過(guò)程中，加熱區(qū)的金屬與周邊的母材溫度相差很大，產(chǎn)生焊接過(guò)程中的瞬應(yīng)力，冷卻至原始溫度后，由于應(yīng)力的作用而產(chǎn)生變形。文章主要介紹了鋼結(jié)構(gòu)在焊接中會(huì)產(chǎn)生熱形變以及為了矯正焊接變形一般所采用的三種矯正方法，即機(jī)械矯正、火焰矯正以及綜合矯正，并對(duì)每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍及注意事項(xiàng)等都做了說(shuō)明，在工作中，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，合理的選用適當(dāng)矯正方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；機(jī)械矯正

1 前言

現(xiàn)如今鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工廠以及橋梁等的建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高，建造速度快的優(yōu)勢(shì)，得以廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)主要采用H型鋼柱，并以焊接連接。由于焊接過(guò)程是通過(guò)高溫熔化焊條或其他焊接物進(jìn)行連接的，要產(chǎn)生很高的溫度，因鋼柱主要材質(zhì)是鋼材，總是會(huì)受到溫度的影響，在焊接產(chǎn)生的高溫下會(huì)產(chǎn)生變形，如果對(duì)焊接產(chǎn)生的變形視而不見(jiàn)將會(huì)在安裝時(shí)產(chǎn)生偏差，影響工作效率，還會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大的影響，令鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的變化，影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

通常情況下，當(dāng)焊接變形超出許用變形范圍時(shí)需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行矯正，使鋼結(jié)構(gòu)能夠滿足安裝的需求。經(jīng)工程實(shí)際檢驗(yàn)，大部分焊接時(shí)導(dǎo)致的變形是可以矯正的。矯正一般是通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的形變來(lái)完成的。一般需要矯正時(shí)只要使用以下三種方法：機(jī)械矯正法、火焰加熱矯正法和綜合矯正法。但是火焰加熱矯正法由于對(duì)溫度的控制和方法的掌控較難，是一種較難操作的方法。下文將簡(jiǎn)要介紹變形類型和矯正方法。

2 火焰加熱矯正法

鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是H型鋼柱、梁、撐?；鹧娉C正法通過(guò)高溫將需要矯正的部位加熱到軟化狀態(tài)，用金屬加熱不均產(chǎn)生的局部變形來(lái)抵消已經(jīng)發(fā)生的變形，不需要用到復(fù)雜的工具，僅需普通氣焊就可完成。工程中多用以下幾種方法矯正：（1）點(diǎn)狀加熱法；（2）三角形加熱法；（3）線狀加熱法。不同的部位要采用不同的方法。

下面就以低碳鋼為例列舉具體的加熱溫度及冷卻方式。

加熱溫度 可用冷卻方式

500度～600度 水

600度～700度 空氣和水

700度～800度 空氣

注意：加熱時(shí)要掌握火候，溫度不到無(wú)法矯正，也不能溫度過(guò)高進(jìn)而導(dǎo)致鋼材性能下降，在利用加熱矯正的同時(shí)，也可在加熱過(guò)程中施加外力矯正從而提高矯正效果?；鹧娉C正加熱點(diǎn)有兩種冷卻方法：水冷卻和自然冷卻，采用水冷卻可以使矯正收效快，并且矯正量大于自然冷卻的矯正量，低合金鋼千萬(wàn)不可突然冷卻，因?yàn)闀?huì)對(duì)鋼材的內(nèi)部分子發(fā)生變化，只能自然冷卻。

3 機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是通過(guò)使用工具來(lái)使鋼構(gòu)件產(chǎn)生一定的形變來(lái)使構(gòu)件能夠達(dá)到可用范圍，可以使用千斤頂、螺旋拉緊器和壓力機(jī)等簡(jiǎn)單工具就可完成。

3.1 矯正型鋼

在焊接前，對(duì)所需鋼件先要進(jìn)行檢查，通過(guò)目視看和用直尺量的方法來(lái)檢測(cè)，鋼件的兩端要用端頭銑床將端部進(jìn)行平頭切割及端部銑平。

3.2 立柱校正

用鋼柱做立柱時(shí)，在鋼柱通過(guò)吊裝擺放好后還需要檢查擺放是否到位，通過(guò)檢查立柱的垂直度就可以實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)易觀察可用放吊線錘的方法，如需精確測(cè)量可使用經(jīng)緯儀。如果立柱不垂直，用千斤頂將立柱傾斜的一端抬起，然后放入墊鐵或鐵片等，如一次不能到位，可多試幾次直至將立柱調(diào)整到位，當(dāng)調(diào)整到位后使用地腳螺栓壓緊壓死后檢測(cè)鋼件垂直度、高度，確認(rèn)無(wú)誤后在立柱腳底板下澆筑混凝土固定。

3.3 鋼梁校正

鋼梁用于連接立柱使鋼結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體，鋼梁安裝到位后需沿軸線和垂直方向進(jìn)行檢測(cè)，如有偏差用千斤頂和倒鏈來(lái)完成校正，在校正完成后立即將其固定。

4 綜合矯正法

綜合矯正就是以上幾種方法單獨(dú)使用不能或無(wú)法完全矯正到位，需要把以上幾種方法綜合使用從而能夠達(dá)到預(yù)期，綜合矯正是通過(guò)在安裝前對(duì)鋼構(gòu)件做一些前期準(zhǔn)備，在施工時(shí)使用一些技巧保證安裝到位以及在焊接后使用機(jī)械法和火焰矯正法共同作用，以上就是綜合矯正法。

5 焊接變形種類及火焰矯正實(shí)例

5.1 翼緣板產(chǎn)生的角變形

H型鋼翼緣板是指兩塊平行的板，在對(duì)翼緣板進(jìn)行焊接時(shí)，由于翼緣板下是空的，焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)使翼緣板局部受熱不均從而容易形成角變形，當(dāng)出現(xiàn)角變形時(shí)，應(yīng)當(dāng)沿著翼緣板上面（對(duì)準(zhǔn)焊縫外）沿著縱向進(jìn)行線狀加熱（溫度控制在650℃以下），注意加熱范圍要控制在兩焊腳之間的范圍內(nèi)。矯正時(shí)要注意以下兩個(gè)方面：（1）不應(yīng)在同一位置反復(fù)加熱；（2）因水火冷卻的矯正量要大于自然冷卻的矯正量所以加熱時(shí)不要進(jìn)行澆水冷卻。

5.2 焊接造成柱、梁、撐的撓度彎曲

（1）在翼緣板上，由于高溫會(huì)造成板子產(chǎn)生彎曲，而要矯正這一彎曲變形只需要由中間向兩端作線狀加熱。而當(dāng)沿著一面翼緣板進(jìn)行加熱時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生彎曲和扭曲變形，而為了避免這一情況，需采用兩條加熱帶要同步進(jìn)行的方法。這種方法在減少焊接內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)還會(huì)造成翼緣板在縱向和橫向同時(shí)有收縮，很難把控。

（2）當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的柱、梁、撐產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，可以采用在翼緣板上作線狀加熱，腹板上作三角形加熱的方法來(lái)消除彎曲變形，加熱最好由兩人同時(shí)進(jìn)行從中間向兩邊移動(dòng)移動(dòng)距離一般離中間20～90mm，當(dāng)翼緣板比較厚而且比較小時(shí)，加熱移動(dòng)的距離可以適當(dāng)加大，這樣就能達(dá)到解決彎曲的目的，當(dāng)在翼緣板上加熱完畢后再分別在腹板上作三角形加熱，加熱的寬度不得超過(guò)板厚的2倍。加熱應(yīng)從頂部開(kāi)始，然后當(dāng)移動(dòng)到中心時(shí)再向兩側(cè)移動(dòng)，按照上述方法重復(fù)直到加熱到底為止。加熱時(shí)要注意溫度，溫度不能過(guò)高否則將造成凹陷變形。

注：上面的加熱方法也可以對(duì)旁彎構(gòu)件進(jìn)行矯正。

5.3 柱、梁、撐腹板的波浪變形

薄板焊接后母材受壓應(yīng)力區(qū)由于失穩(wěn)而使板面產(chǎn)生翹曲形成的波浪變形，當(dāng)柱、梁、撐腹板產(chǎn)生波浪變形時(shí)，可以采用加熱凸起波峰然后用手錘敲打的方法進(jìn)行矯正，以波峰為圓心以50～90mm為直徑采用畫(huà)圓加熱的方法，邊加熱邊用手錘進(jìn)行敲打，如變形的面積過(guò)大或鋼板厚度過(guò)厚其直徑也應(yīng)放大，直徑可按公式（1）算出：

d=（4δ+10）mm（d為加熱點(diǎn)直徑；δ為板厚） （1）

加熱嘴以波峰為圓心以順時(shí)針?lè)较虍?huà)螺旋線，將加熱溫度保持在600℃～700℃，當(dāng)溫度達(dá)到時(shí)采用將榔頭放在最大直徑處，通過(guò)錘擊打榔頭，使加熱區(qū)金屬受擠壓，冷卻收縮后即可被拉平，冷卻應(yīng)等待空氣自然冷卻，不可為追求速度強(qiáng)制冷卻而產(chǎn)生過(guò)大的收縮應(yīng)力，Q235鋼材可進(jìn)行加水冷卻。當(dāng)需要矯正的點(diǎn)過(guò)多時(shí)，應(yīng)按照上述方法按順序一個(gè)一個(gè)矯正，不可為了追求速度，對(duì)多個(gè)點(diǎn)同時(shí)展開(kāi)矯正，以免不同點(diǎn)同時(shí)矯正產(chǎn)生影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

不論是火焰矯正還是焊接都一樣是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如果操作不當(dāng)，會(huì)使它們產(chǎn)生的應(yīng)力和負(fù)載的應(yīng)力迭加，從而超過(guò)允許的應(yīng)力范圍，從而使鋼結(jié)構(gòu)的安全性下降，鋼結(jié)構(gòu)的載荷安全系數(shù)降低。通過(guò)對(duì)焊接變形的研究，掌握其變形規(guī)律，并在實(shí)踐中總結(jié)出各類參數(shù)，在焊接前采用一些預(yù)防性措施和科學(xué)合理的焊接工藝，可提高工程質(zhì)量，避免一些焊接后變形的矯正工作，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

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