焊接变形控制及矫正

一、摘要：

本文通过H型钢柱焊接制作中采用的工艺和措施的介绍，讨论分析钢结构制作过程中，特别是H型截面构件焊接变形产生的原因、控制及矫正方法，为相关工作提供有益借鉴。

二、关键词：H型钢柱 焊接 变形 控制 矫正

三、引言

目前，钢结构已在厂房建筑中得到广泛的应用。而钢结构厂房的主要构件是焊接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，如果焊接变形不予以矫正，则不仅影响结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性，焊接钢结构产生的变形超过技术设计允许变形范围，应设法进行矫正，使其达到质量要求。

实践证明，多数变形的构件是可以通过采取不同的方法矫正的，而所采用矫正的方法的主要原理都是基于人为制造可控的变形来达到抵消已经发生的变形，以达到控制质量的目的。

四、正文

（一）概况

某单跨钢结构，横向受力布置，柱高12m，主梁4.086m，中主梁5.386m，次梁5.15m，柱、主梁、次梁均采用焊接H形截面， 焊接方法使用埋弧自动焊。

（二）变形产生的主要原因

1、构件原料下料过程中产生的变形

梁、柱的H形截面都是由钢板焊接而形成的，钢板在下料的过程中，切割边受热且温度较高，未切割边温度较低，产生的变形量不同，造成旁弯变形。

2、焊接过程中产生的变形

 焊接过程中因焊接部位受热而产生各种应力，作用于不同方向，使构件产生相应的变形，主要有弯曲变形、角变形、扭曲变形、波浪变形（失稳翘曲变形）

（三）变形控制及矫正方法

1、下料过程中板件的旁弯控制

在制作过程中在下料的环节即采取工艺措施，防止由于腹板的旁弯所导致的在整个H型钢长度方向上的拱起，必须严格控制下料时腹板的气割变形。

为此采用留取两端，从中间取点下料的方法：先在钢板两端各100 mm处分别划线，钻4 mm气割孔，分别做气割起始点及结束点，两孔之间划切割线，然后用半自动切割机从左至右沿直线逐条切割，在正式切割钢板条之前，预先在钢板上沿切割方向划线切割一条80～100mm宽钢条，以减少钢板条在切割过程中两侧应力差。

整块钢板切割后冷却5～8 h，使未割断的钢板在拘束度很大的情况下释放内应力，减少残余应力。然后用手工气割将钢板条割下，去除熔渣。最后根据施工规范对钢板的平直度、对角线差等进行精确测量，变形大的构件进一步采取矫正，直至符合要求为止。

2、焊接变形的控制及矫正

在翼缘板和腹板厚度料大，不易实施反向预变形，焊缝设计值已定的情况下，本工程H形截面构件在焊接中的变形主要通过焊前采取控制翼缘板角变形、采用合理的施焊顺序控制， 

采用刚性固定法，控制翼缘板的角变形，即在结构平台上，对翼缘板实行刚性固定，主要作用是预防翼缘板产生角变形；预防翼缘板相对于腹板所发生的转动。

对构件采取对角跳焊的方法，减少角变形，即完成腹板与下翼缘右侧的角接焊缝（第一条焊缝）后，进行腹板与上翼缘左侧的焊缝（第二条焊缝）焊接，为方便施焊将构件翻转180度，使该焊缝位于第一条焊缝的定位位置上，以减少调整埋弧焊机位置的频率，第二条焊缝完成后，调整焊机，翻转构件，焊接腹板与下翼缘右侧的焊缝，最后焊接它对角方向的焊缝，从而完成整个构件的焊接，采用该方法，可以有效控制和减少扭曲变形、角变形。

钢构件矫正应用的方法，通常有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。

机械矫正具有易于控制，便于操作的特点，但由于本工程构件截面大，需要的压力设备较大，并且需要制作相当大的专用模具，费时费力，因而主要采用火焰矫正。

火焰矫正是一门较难操作的工作，方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形，需要有丰富的实践经验。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。

     火焰矫正的温度冷却方式（材质为Q235B）见下表。

不同部位变形加热矫正的位置、方式、加热区的形状及温度均有所区别，根据构件的厚度、变形类别和程度选择适谊的施工方法。

（1）翼缘板的角变形矫正

焊接完成后，翼缘角变形较小,平均为3.7mm，但仍超出规范2mm的要求，需要进行矫正，采取的方法是在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热，由于变形不大，使用低温矫正可以消除角变形，加热温度控制在600度以下，以加热部位保持在暗褐色至赤褐色之间即可，加热范围不超过两焊脚所控制的范围，不需用水冷却。

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。

（2）柱、梁的上拱与下挠及弯曲矫正

柱、梁实测挠曲矢高分别高于规范值约10mm、5mm，需要进行矫正，因变形较大，故采用中温矫正。

在柱、梁的翼缘板上，对着纵长焊缝，从中间向两端作线状加热，为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行；翼缘板上作横向线状加热的同时，在腹板上作三角形加热，用这种方法矫正柱、梁的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度根据构件的几何尺寸和经验取70—90mm，加热过程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，三角形的底边宽度不超过90mm，宜与对应的翼缘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，否则容易造成凹陷变形，很难修复，观察钢构件加热部位保持在赤褐色，即温度不超过650度，并适当浇水保持温度。

需说明的是，以上三角形加热方法同样适用于柱、梁的旁弯矫正，加热时浇水要少，避免急冷造成更大的弯曲变形。

五 结语

火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力,不恰当的矫正产生的内应力可能与焊接内应力和负载应力迭加，将会使柱、梁的应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低，此法作业,需要作业者有丰富的经验,对作业人员素质要求较高,因此在钢构件变形矫正中一定要慎重使用，尽量采用合理的工艺措施以减少变形，矫正时尽量可能采用机械矫正。当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点：

1、加热位置不得在梁、柱最大应力截面附近，必要时应由技术人员计算；

2、矫正处加热面积在某一个截面上不宜过大，宜多选几个截面；

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，通过加热区的颜色进行判断，以保持在暗褐色至赤褐色之间为宜。下载本文