吊车梁焊接_H型钢焊接变形的控制与矫正
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利用二氧化碳气体保护焊焊接吊车梁类的大型 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。
３ 焊接 Ｈ 型钢梁 ３．１ 焊接变形的形式
以 钢 梁 总 长 １８ｍ、宽 １．８ｍ、高 ０．８ｍ 为 例 ， 由 两 架 Ｈ 型钢及垂直支撑、水平支撑构成。由于 Ｈ 型钢为构 成钢梁的主要构件， 因此其制作质量直接影响到整个 钢梁的制作质量。对多个钢梁进行反复测量和分析， 发现焊接 Ｈ 型钢变形形式主要包括： 挠曲变形， 占 ２７．８％；拱变形， 占 ２２．２％；角变形， 占 ２２．２％；纵 向 收缩 ， 占 １５．１％；横向收缩， 占 １１．１％；扭曲 变 形， 占 １．６％。其 中 ， 挠 曲 变 形 、拱 变 形 、角 变 形 出 现 频 率 较 高 ， 为 主 要 变形；纵向收缩、横向收缩次之， 为次要变形；扭曲 变 形 最少， 为微小变形。 ３．２ 焊接变形的控制
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（ ａ）
（ ｂ）
（ ｃ）
（ ａ） 试件 （ ｂ） 角变形量 （ ｃ） 反变形设备
图 ４ 焊接 Ｈ 型钢反变形示意图
由于钢梁焊缝较长， 焊接工艺好坏直接影响着变 形的产生与否。为此， 采用了对称的逆向分段焊接法。 如图 ５ 所示， 将整个焊缝分成若干分段， 每段焊缝长 度大约是 １￣２ 根焊条所焊长度（ 约 ２００ｍｍ￣４００ｍｍ） 。 每一段的焊接方向皆与焊接总方向相反。选择技术较 好且水平相近的 ４ 名焊工同时施焊， 这样可将变形减 小到最低限度。
与焊条种类有关。酸性 抗锈能力 焊条抗能力强， 焊前对 具有较高的抗锈能力， 焊前对焊件
焊 件 表 面 的 清 洁 工 作 表面的清洁工作要求不高。 要求不高。
焊接位置 可进行全位置焊接， 机 全位置焊接， 机动灵活性受焊把送
及灵活性 动灵活性好。
丝的影响， 有一定的局限性。
作者简介： 王银德（ １９６４～） ， 男， 技师， 从事焊接技术与电工技术工作。
２
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（ ａ）
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甲
乙
（ ｂ） 图 ３ 焊接顺序
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。
（ ４） 长 度 方 向 加 长 ５０ｍｍ 余 量 ， 在 上 、下 边 各 放 １０ｍｍ 起拱量， 防止吊车梁焊后形成下挠变形。
（ ５） 采取不留间隙的紧密组装， 并确保装配质量。 （ 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。 ２．４ 组装焊接顺序 （ 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。
（ ４） 预制上拱度
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１Leabharlann Baidu
（ ３） 把 Ｈ 字梁平放于工作平台上， 安装筋板和封 板， 在长度方向上每一筋板间距加放 ０．５ｍｍ 的焊缝收 缩量， 以保证吊车梁焊后的总长度。焊接时， 按照图 ３ （ ａ） 中的序号 ５￣８ 所示的焊接顺序将正面焊完再翻身 焊反面。整根吊车梁焊接完成后， 在筋板或其它局部 有少量的变形， 经火焰矫正后测量， 各项指标完全符 合设计和技术要求。 ２．５ 小 论
以上矫正方法在焊接 Ｈ 型钢中用得较多， 也同样
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２．３ 焊接工艺及工艺措施 （ 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。 （ 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 个吊车结构的变形。
（ 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。
技术交流
《 宁夏机械》 ２００７ 年第 ２ 期
吊车梁焊接、Ｈ型钢焊接变形的控制与矫正
王银德
（ 额济纳旗银德锅炉安装服务中心， 内蒙古 额济纳旗 ７３５４００）
摘 要 用二氧化碳气体保护焊、手工焊焊接龙门吊车梁类的大型钢结构件，配以合理的焊接工艺和 焊接顺序， 减少焊接变形； 焊接 Ｈ 型钢的矫正、反变形施焊。
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。下面以焊接吊车钢梁 为例， 探讨焊接吊车梁和 Ｈ 型钢焊接变形的控制与矫 正方法。 ２ 焊接吊车主梁
腹板
翼缘板
筋板
１８ｍ
０．４ｍ
图 １ 吊车梁结构简图
２．１ 焊接变形分析 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和筋板的角焊缝焊后收 缩， 有可能使腹板产生波浪变形、角变形；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， 使吊车梁在长度方向形成弯 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。
矫正应遵循如下两个原则：（ １） 矫正位置要正确。 须分析构件变形的原因及构件的内在联系， 搞清各部 件相互间的制约关系。（ ２） 矫正顺序要正确。先矫正主 要变形， 后矫正次要变形， 多种矫正方法并用时要注 意几种方法的先后顺序。
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， 如图 ７ 中 ３ 处。
３ ５
１
４ ２
图 ２ 腹板焊接顺序
（ 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， 用马板和筋板固定， 然后用二氧化 碳气体保护焊焊接。多层焊的焊缝按图 ３（ ｂ） 的顺序， 每个焊层分 ４ 段， 见图 ３（ ａ） 中的序号 １￣４， 采用逐步
退焊法加跳焊法焊接。
４ ６
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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吊 车梁报废。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， 控制吊车梁的焊接变形， 确保吊 车梁的制造质量， 达到设计要求和技术规范的要求。
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技术交流
《 宁夏机械》 ２００７ 年第 ２ 期
２０ １０００
４～６ ｈ／３
ｈ
定） 。利用 １００ｔ 液压千斤顶自制反变形设备 １ 台， 如图
４（ ｃ） ， 根据此数据分别对上下水平板进行反变形。实
践证明， 适当的反变形可有效防止角变形的发生。
（ ３） 制定合理的焊接工艺
４００
钢板
千斤顶
生产率
５ｍｍ以上钢板对接需开 熔 深 大 ， 对 １０ｍｍ 以 下 钢 板 对 接 可
坡口， 焊后需清渣， 效率
不开口， 对厚板可采用减少坡口， 加 大钝边方法进行焊接， 焊丝熔化快，
一般 ＂
不用清渣， 效率比手弧焊提高 ３￣４倍。
焊后变形
一般
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。
（ １） 预留收缩量 选择材质合格、表面平直的钢 板 下料 。下 料时 应 考虑焊接收缩余量。本例中， 钢梁长 １８ｍ， 根据多年的 经验， 收缩量为 １％， 即收缩量为 １８ｍｍ， 故下料长度应 为 １８ｍ＋１８ｍｍ。 （ ２） 反变形 首先模仿要制作的 Ｈ 型钢的尺寸作一试件， 试件 长度为 ２ｍ， 如图 ４（ ａ） 。焊毕冷却后测出角变形 量为 ４ｍｍ￣６ｍｍ， 如 图 ４ （ ｂ） （ 角变 形 量 亦 可 根 据 经 验 确
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挠曲变形、拱变形、角变形三种 变 形较 严 重， 必 须 矫正， 可采用火焰加热法。纵向收缩、横向收缩两种变 形是不可逆的， 无法矫正， 只能在下料时考虑到焊接 收缩余量。而扭曲变形较少， 可不必考虑。
关键词 吊车梁 Ｈ 型钢焊接 控制 矫正
１ 前言 自制吊车梁， 吊车梁结构形式如图 １ 所示， 截面尺
寸 单 根 长 度 为 １８０００ｍｍ。对 于 吊 车 梁 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 ±４ｍｍ， 宽 度 的 允 许 偏 差 为±３ｍｍ 弯 曲 矢 高 的 允 许 偏 差 为 １／１０００， 且 不 大 于 １０ｍｍ， 扭曲偏差不大于 ５ｍｍ， 翼缘板垂直度的允许偏 差为 ３ｍｍ， 腹板局部平面度的允许偏差为 ２ｍｍ。
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《 宁夏机械》 ２００７ 年第 ２ 期
技术交流
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， 吊车梁的焊接选用二氧化碳气体保护焊进行焊接。
２．２ 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
表 １ 常用的焊接方法比较
手工电弧焊
二氧化碳气体保护焊
焊接成本
取决于焊条牌号
取决于焊丝牌号和 ＣＯ２ 气体。ＣＯ２ 气 来， 源广， 价格低， 成本是埋弧焊和 手 弧 焊 的 ４０％ ￣５０％ 电 流 密 度 ２００Ａ／ｍｍ２ 以上
３ 焊接 Ｈ 型钢梁 ３．１ 焊接变形的形式
以 钢 梁 总 长 １８ｍ、宽 １．８ｍ、高 ０．８ｍ 为 例 ， 由 两 架 Ｈ 型钢及垂直支撑、水平支撑构成。由于 Ｈ 型钢为构 成钢梁的主要构件， 因此其制作质量直接影响到整个 钢梁的制作质量。对多个钢梁进行反复测量和分析， 发现焊接 Ｈ 型钢变形形式主要包括： 挠曲变形， 占 ２７．８％；拱变形， 占 ２２．２％；角变形， 占 ２２．２％；纵 向 收缩 ， 占 １５．１％；横向收缩， 占 １１．１％；扭曲 变 形， 占 １．６％。其 中 ， 挠 曲 变 形 、拱 变 形 、角 变 形 出 现 频 率 较 高 ， 为 主 要 变形；纵向收缩、横向收缩次之， 为次要变形；扭曲 变 形 最少， 为微小变形。 ３．２ 焊接变形的控制
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（ ａ） 试件 （ ｂ） 角变形量 （ ｃ） 反变形设备
图 ４ 焊接 Ｈ 型钢反变形示意图
由于钢梁焊缝较长， 焊接工艺好坏直接影响着变 形的产生与否。为此， 采用了对称的逆向分段焊接法。 如图 ５ 所示， 将整个焊缝分成若干分段， 每段焊缝长 度大约是 １￣２ 根焊条所焊长度（ 约 ２００ｍｍ￣４００ｍｍ） 。 每一段的焊接方向皆与焊接总方向相反。选择技术较 好且水平相近的 ４ 名焊工同时施焊， 这样可将变形减 小到最低限度。
与焊条种类有关。酸性 抗锈能力 焊条抗能力强， 焊前对 具有较高的抗锈能力， 焊前对焊件
焊 件 表 面 的 清 洁 工 作 表面的清洁工作要求不高。 要求不高。
焊接位置 可进行全位置焊接， 机 全位置焊接， 机动灵活性受焊把送
及灵活性 动灵活性好。
丝的影响， 有一定的局限性。
作者简介： 王银德（ １９６４～） ， 男， 技师， 从事焊接技术与电工技术工作。
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（ ｂ） 图 ３ 焊接顺序
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。
（ ４） 长 度 方 向 加 长 ５０ｍｍ 余 量 ， 在 上 、下 边 各 放 １０ｍｍ 起拱量， 防止吊车梁焊后形成下挠变形。
（ ５） 采取不留间隙的紧密组装， 并确保装配质量。 （ 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。 ２．４ 组装焊接顺序 （ 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。
（ ４） 预制上拱度
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（ ３） 把 Ｈ 字梁平放于工作平台上， 安装筋板和封 板， 在长度方向上每一筋板间距加放 ０．５ｍｍ 的焊缝收 缩量， 以保证吊车梁焊后的总长度。焊接时， 按照图 ３ （ ａ） 中的序号 ５￣８ 所示的焊接顺序将正面焊完再翻身 焊反面。整根吊车梁焊接完成后， 在筋板或其它局部 有少量的变形， 经火焰矫正后测量， 各项指标完全符 合设计和技术要求。 ２．５ 小 论
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２．３ 焊接工艺及工艺措施 （ 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。 （ 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 个吊车结构的变形。
（ 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。
技术交流
《 宁夏机械》 ２００７ 年第 ２ 期
吊车梁焊接、Ｈ型钢焊接变形的控制与矫正
王银德
（ 额济纳旗银德锅炉安装服务中心， 内蒙古 额济纳旗 ７３５４００）
摘 要 用二氧化碳气体保护焊、手工焊焊接龙门吊车梁类的大型钢结构件，配以合理的焊接工艺和 焊接顺序， 减少焊接变形； 焊接 Ｈ 型钢的矫正、反变形施焊。
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。下面以焊接吊车钢梁 为例， 探讨焊接吊车梁和 Ｈ 型钢焊接变形的控制与矫 正方法。 ２ 焊接吊车主梁
腹板
翼缘板
筋板
１８ｍ
０．４ｍ
图 １ 吊车梁结构简图
２．１ 焊接变形分析 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和筋板的角焊缝焊后收 缩， 有可能使腹板产生波浪变形、角变形；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， 使吊车梁在长度方向形成弯 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。
矫正应遵循如下两个原则：（ １） 矫正位置要正确。 须分析构件变形的原因及构件的内在联系， 搞清各部 件相互间的制约关系。（ ２） 矫正顺序要正确。先矫正主 要变形， 后矫正次要变形， 多种矫正方法并用时要注 意几种方法的先后顺序。
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， 如图 ７ 中 ３ 处。
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图 ２ 腹板焊接顺序
（ 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， 用马板和筋板固定， 然后用二氧化 碳气体保护焊焊接。多层焊的焊缝按图 ３（ ｂ） 的顺序， 每个焊层分 ４ 段， 见图 ３（ ａ） 中的序号 １￣４， 采用逐步
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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吊 车梁报废。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， 控制吊车梁的焊接变形， 确保吊 车梁的制造质量， 达到设计要求和技术规范的要求。
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定） 。利用 １００ｔ 液压千斤顶自制反变形设备 １ 台， 如图
４（ ｃ） ， 根据此数据分别对上下水平板进行反变形。实
践证明， 适当的反变形可有效防止角变形的发生。
（ ３） 制定合理的焊接工艺
４００
钢板
千斤顶
生产率
５ｍｍ以上钢板对接需开 熔 深 大 ， 对 １０ｍｍ 以 下 钢 板 对 接 可
坡口， 焊后需清渣， 效率
不开口， 对厚板可采用减少坡口， 加 大钝边方法进行焊接， 焊丝熔化快，
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不用清渣， 效率比手弧焊提高 ３￣４倍。
焊后变形
一般
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。
（ １） 预留收缩量 选择材质合格、表面平直的钢 板 下料 。下 料时 应 考虑焊接收缩余量。本例中， 钢梁长 １８ｍ， 根据多年的 经验， 收缩量为 １％， 即收缩量为 １８ｍｍ， 故下料长度应 为 １８ｍ＋１８ｍｍ。 （ ２） 反变形 首先模仿要制作的 Ｈ 型钢的尺寸作一试件， 试件 长度为 ２ｍ， 如图 ４（ ａ） 。焊毕冷却后测出角变形 量为 ４ｍｍ￣６ｍｍ， 如 图 ４ （ ｂ） （ 角变 形 量 亦 可 根 据 经 验 确
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挠曲变形、拱变形、角变形三种 变 形较 严 重， 必 须 矫正， 可采用火焰加热法。纵向收缩、横向收缩两种变 形是不可逆的， 无法矫正， 只能在下料时考虑到焊接 收缩余量。而扭曲变形较少， 可不必考虑。
关键词 吊车梁 Ｈ 型钢焊接 控制 矫正
１ 前言 自制吊车梁， 吊车梁结构形式如图 １ 所示， 截面尺
寸 单 根 长 度 为 １８０００ｍｍ。对 于 吊 车 梁 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 ±４ｍｍ， 宽 度 的 允 许 偏 差 为±３ｍｍ 弯 曲 矢 高 的 允 许 偏 差 为 １／１０００， 且 不 大 于 １０ｍｍ， 扭曲偏差不大于 ５ｍｍ， 翼缘板垂直度的允许偏 差为 ３ｍｍ， 腹板局部平面度的允许偏差为 ２ｍｍ。
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《 宁夏机械》 ２００７ 年第 ２ 期
技术交流
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， 吊车梁的焊接选用二氧化碳气体保护焊进行焊接。
２．２ 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
表 １ 常用的焊接方法比较
手工电弧焊
二氧化碳气体保护焊
焊接成本
取决于焊条牌号
取决于焊丝牌号和 ＣＯ２ 气体。ＣＯ２ 气 来， 源广， 价格低， 成本是埋弧焊和 手 弧 焊 的 ４０％ ￣５０％ 电 流 密 度 ２００Ａ／ｍｍ２ 以上