試析中小型水工金屬結構焊接變形的控制與火焰矯正法

浙江江能建設有限公司

摘要：在中小型水工金屬結構的制作與安裝過程中，經常容易出現(xiàn)材料結構的焊接變形問題，但是這些構件只有達到規(guī)定的設計要求與規(guī)程規(guī)范，才能保證中小型水工金屬結構產品的性能與安全性要求。本文就針對中小型水工金屬結構焊接變形的控制與火焰矯正法進行分析。

關鍵詞：中小型水工金屬結構焊接；變形控制；火焰矯正

主軌、反軌、門梁、門楣等細長結構的焊接構件是中小型水工金屬結構的主要構件，其主要的結構設計與受力要求大多是非對稱的H型組合工字鋼梁。在對這些構件的制作與安裝過程中，由于其自身結構要求及焊接工藝等問題，極容易出現(xiàn)構件焊接后變形，造成平直度不達標等問題，影響構件的使用。所以，針對這些中小型水工金屬的焊接變形，應該做出控制，并用火焰矯正的方法進行修正。

一、中小型水工金屬結構焊接變形的種類與形成原因

（一）角變形

中小型水工金屬結構焊接的角變形主要表現(xiàn)為主、反軌工作面板、后翼板，主梁前、后翼板在焊接后呈現(xiàn)出的龜背型變形。角變形產生的主要原因是在構件焊接的過程中，焊接過程產生的熱量使構件焊接面產生了一定程度熱膨脹，當焊接完成后，熱脹冷縮的效果使構件焊接面向內緊縮，使構件出現(xiàn)為龜背型的變形。

（二）縱、橫向收縮

縱、橫向收縮主要是指中小型水工金屬結構在焊后尺寸在縱向、橫向上減小。這種現(xiàn)象產生的原因是在構件對接焊接過程中，焊縫對構件金屬成分的侵蝕而造成的，焊接過程中無形減少了焊接構件的原尺寸，造成構件焊接后在尺寸上減小。

（三）波浪變形

波浪變形是主、反軌工作面板、后翼板與主梁前、后翼板在焊接后呈現(xiàn)波浪狀變形的水工金屬結構焊接變形。這種變形的產生，主要是由于在這些水工金屬構件焊接順序上安排不合理以及焊接不到位造成的。焊接不到位使金屬結構因為焊接的焊縫、自身受力等緣故產生了變形，而焊接順序不合理使金屬構件的變形呈現(xiàn)出波浪狀的外觀[1]。

（四）扭曲變形

扭曲變形表現(xiàn)為中小型水工金屬結構在焊接后產生麻花型變形。這種變形產生是在某一個金屬結構構件焊接過程中，對其焊接時間安排的不夠合理，使構件在焊接后由于熱脹冷縮等緣故，向多個方向發(fā)生變形，也就是麻花型變形。

二、中小型水工金屬結構焊接變形的控制方法

通過對中小型水工金屬結構焊接出現(xiàn)的各種變形進行分析，追溯其形成的根源，從源頭下手，就能夠制定合理的焊接工藝流程，有效地避免出現(xiàn)結構焊接變形的問題。

（一）預置反變形量

在中小型水工金屬結構焊接變形的角變形與縱、橫向的收縮都是由于對原來設定的金屬構件產生了一定的程度的材料內部損耗而產生的。針對角變形的產生，可以在焊前裝配時，預置反方向的變形量抵消焊接變形，比如主梁腹板V型坡口單面對接時，8-12m厚的鋼板預置3-4mm，基本就能消除角變形。而縱、橫向的收縮可以通過在焊前對材料多準備出一定縱橫向量來抵消[2]。

（二）合理利用裝配

中小型水工金屬結構的裝配順序也是影響焊接變形的一個重要因素。因為各個水工金屬結構構件的受力不同，焊接接口與焊縫也就有著區(qū)別。按照正確的裝配過程，在裝配過程中對水工金屬結構構件進行焊接，能夠及時地分辨出不同構件需要焊接的內容，及時調整，避免在焊接后安裝產生的變形。

（三）安排焊接順序

中小型水工金屬結構焊接的扭曲變形和波浪變形主要就是因為焊接順序的不合理而造成的，合理的安排焊接順序有助于消除中小型水工金屬結構焊接的變形。比如在閘門門葉安裝時，按照主梁—次梁—底梁—中隔板—上、下隔板—邊梁的順序從構件的中部開始向兩端焊接，就減少了拼裝焊接過程中的內應力，防止焊接變形。常用的焊接順序有分段退焊、跳焊、分中對焊、交替焊、分中分段退焊，在安排焊接順序時，要根據工作的實際，選擇不同的焊接順序[3]。

三、中小型水工金屬結構焊接變形的火焰矯正的幾種方法

中小型水工金屬結構焊接中，雖然通過采取各種控制手段，能夠一定程度地減少結構焊接的變形。但在實際工作中，由于種種因素，結構焊接的變形現(xiàn)象會經常出現(xiàn)，超過規(guī)范使用的變形范圍，必須對其進行矯正。火焰矯正法使用設備少，成本低，正適用于中小型水工金屬結構焊接變形的處理[4]。

（一）點狀加熱法

點狀加熱法主要使用于主梁、撐腹板的波浪變形。在矯正波浪變形中，用點狀加熱法配合手錘，在構建凸起的波峰進行加熱敲擊來進行矯正。在點狀加熱法中，加熱點的直徑一般控制在50-90mm，如果鋼板厚度或者波浪面積較大，也應根據實際情況進行調整。在矯正過程中，烤嘴圍繞波峰做旋轉運動，溫度適宜控制在600℃-700℃，手錘位置放置在加熱區(qū)邊緣，以大錘對手錘進行敲擊，擠壓加熱區(qū)金屬，使其在冷卻收縮后被拉平，實現(xiàn)矯正的目的。

（二）線狀加熱法

線狀加熱法適用于主、反軌、主梁前、后翼緣板的角變形以及彎曲變形的矯正。在產生角變形的翼緣板上，對準焊縫外縱向線狀加熱，溫度控制在600℃左右（表現(xiàn)為鋼板呈暗紅色），加熱范圍控制在焊腳范圍內，即可矯正角變形；而在彎曲變形的翼緣板上，對準縱長焊縫，從中間向兩端進行加熱，兩條加熱帶同步進行，就能矯正彎曲變形。在線狀加熱法過程中，不應在同一位置反復加熱[5]。

（三）三角形加熱法

三角形加熱法主要應用在較大范圍的變形上，比如主梁、撐的彎曲變形，加熱三角形的寬度基本不超過板厚的2倍，三角形橫向加熱的寬度一般在20mm-90mm之間，根據板材厚度的實際可以作出一定調節(jié)。矯正主梁、撐的彎曲變形，可以在腹板上進行三角形加熱，加熱過程從寬度中間向兩邊擴展，通過這種加熱方式能夠有效的矯正主梁、撐的彎曲變形。

四、中小型水工金屬結構焊接變形的火焰矯正的注意事項

火焰矯正能夠有效解決中小型水工金屬結構焊接變形問題，但不恰當?shù)某C正方式反而可能會疊加金屬結構構件的焊接內應力和負載內應力，降低構件的承載安全系數(shù)，所以應該合理正確的使用火焰矯正法，以達到解決水工金屬結構焊接變形問題的目的。

（一）合適的火焰溫度范圍

在火焰矯正中，一定要控制火焰的溫度，合適的溫度基本在600℃左右，表現(xiàn)為鋼板微顯暗紅色。過低的溫度使鋼材內部變化不明顯，不能實現(xiàn)火焰矯正的目的，而過高的溫度會引起金屬結構變脆，韌性降低，使鋼材的安全承載系數(shù)受到影響[6]。

（二）合適的受熱點與加熱方式

在火焰矯正的過程中，中小型水工金屬結構構件的受熱點應該避開主梁最大應力截面，以免對主梁受力能力產生不良影響。同時，在一個截面的受熱面積不能過大，可以多選幾個截面，分別進行受熱。另外，不能在中小型水工金屬結構

構件同一位置反復多次加熱，以免影響構件的內應力。

結語：

中小型水工金屬結構焊接變形是一個難以避免但能夠有效解決的問題，在焊接過程中通過適當?shù)目刂品椒梢詼p少出現(xiàn)焊接變形的可能性；在出現(xiàn)焊接變形后，通過合適的火焰矯正方法，能夠有效解決中小型水工金屬結構焊接變形的問題。

參考文獻：

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[2]孔小青.水工金屬結構焊接生產中的勞動保護和安全技術[J].科技風，2010，17：194-195.

[3]孔小青.水工金屬結構焊接質量的管理[J].中國新技術新產品，2010，23：127.

[4]王玉香，張瑞華.芻議水工金屬結構制造質量保證體系[J].黑龍江水利科技，2010，5：160-161.

[5]饒向陽，陳雁鳴，李野荒等.埋弧自動焊在水工金屬結構制造中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2014，6.

[6]韓煒，李日光，梁樹泉等.水工金屬結構焊縫的無損檢測[J].人民珠江，2011，1：77-78.