“火焰加热-水冷”校平方法

“火焰加热-水冷”校平方法基本原理

火焰矫正因其设备简单，容易操作等特点在船厂得到广泛应用。目前国内

造船企业中利用人工操作进行火工矫正，火工矫正工艺参数的选取则依赖于工

人的经验。这会使矫正作业具有不确定性，不利于矫正效率和矫正质量的提高。因此火工矫正工艺参数的选取依据成为造船生产迫切需要解决的问题之一利用火焰对已变形的结构进行局部加热，局部加热区域冷却后获得不可逆

的压缩塑性变形能减少或抵消焊缝压缩塑性变形，从而使已变形的结构恢复平直。火焰矫正效果不仅取决于加热位置的正确选择，还与加热温度有关。在钢

材规定的极限温度范围内，一般来说，加热温度越高，矫正能力越强，矫正效

果也越好。但是温度过高(>850℃)会使材料晶粒长大，机械性能降低；温度过低，矫正效率低下。因此矫正加热温度需要得以合理控制。

“火焰加热-水冷”校平方法的优缺点

(1)火焰加热温度场分布不均匀。圆点加热温度场呈以圆点为中心的环状分布，加热中心温度最高，远离圆点温度逐步降低。线状加热温度场等温线在热

源前方分布较为密集，而在热源后方分布较为稀疏，这是热源前方温度梯度较

大所致。此外火焰加热温度场沿板厚分布不均匀，加热面温度最高，远离加热

面温度逐步降低，

(2)引起残余应力和收缩变形。圆点加热金属将产生收缩变形，圆点受圆周非加热区金属的拉应力，而非加热区金属受指向加热点的压应力。直线加热构

件将产生纵向收缩变形和横向收缩变形

(3)矫正效果与操作者有关。火焰矫正通常是手工操作，加热速度和加热温度等工艺参数操作者根据自己经验而定，不同操作者具有不同的经验，即使是

同一操作者在相同情况下也很难做出相同的判断。因此，火焰矫正效果具有不

确定性，常常与操作者有关。

(4)一般强度船体结构钢经水火矫正后，钢材的力学性能变化较大。水是一种冷却能力很强的液体，即使在300℃以下，冷却能力仍然很强。在水火矫正

过程中，由于水的冷却作用．金属体内各部分之间因极短时间内的极不均匀的

热胀和冷缩造成钢材内各部分体积变化的极不均匀，产了很大的内应力，加以显微组织的变化，使钢材强度、硬度极大提高，而塑性大大下降。

(5)对于中薄板特别是对于薄板的船用钢在火焰加热时，热量迅速传导至背面，使钢材背面温度同样处于高温状态下，喷水冷却时，钢板背面也同样处在极冷状态，水火加工区的整个厚度方向上，钢材的力学性能恶化，造成了水火加工区与周围母材组织的不均匀和性能的极大差异。因此，对中薄板特别是薄板的船用钢应尽量避免采用水火矫正工艺，而采用不用水冷的火工矫正工艺或其他矫正工艺替代。

“火焰加热-水冷”校平方法工艺

1、加热温度的控制

火焰加热温度可分为：低温加热、中温加热和高温加热

(1)低温加热

低温加热温度应控制在500℃～600℃之间。低碳钢的屈服点从500℃开始迅速下降至600℃时已经接近零值。因此火焰加热至这个温度区间，已经可以使加热件处于塑性状态，冷却后加热件的残余压缩塑性变形即可矫正其原有的变形。低温加热的温度区间一般在低碳钢的再结晶温度之上，因此若以此温度矫正构件可以消除钢的加工硬化现象改善其内部组织。若采用喷水冷却方式，珠光体和铁素体再结晶后晶粒变细可以提高钢的强度和硬度。低温加热比较适用于薄板(δ<6mm)的矫正。对于厚板若采用低温加热，那么沿板厚方向温度梯度较小，矫正效果不佳。

(2)中温加热

中温加热温度应控制在600℃～700℃之间。在这个温度区间火焰加热产生的残余压缩塑性变形更大些，矫正效果也相应好一些。这个温度区间同样在钢的再结晶温度之上，而且不是相变温度，因此既能消除钢的加工硬化又不至于产生淬硬组织。中温加热比较适用于6mm-12mm厚的钢板件的矫正。

(3)高温加热

高温加热温度应控制在723℃～850℃之间。这个温度区间对低碳钢而言称

为未完全重结晶阶段。由于温度较高，铁素体将部分溶入奥氏体。冷却时，奥

氏体会析出晶粒微细的铁素体，未溶入奥氏体的铁素体依然晶粒粗大。晶粒微

细的铁素体和晶粒粗大的铁素体共存会使钢的抗拉强度和塑性都有所降低。对

于厚板(δ>12mm)来说高温加热相比低温加热和中温加热效果会好一些。但对于含碳量大于0.35％的碳钢和合金高强度钢不宜采用高温加热。

2、火焰矫直加热方式

火工矫正常用的加热方法有点状加热、线状加热和三角形加热三种。点状

加热根据结构特点和变形情况，可加热一点或数点。线状加热时，火焰沿直线

移动或同时在宽度方向作横向摆动，宽度一般约为钢材厚度的0.5-2倍，多用

于变形较大或钢性较大的结构。三角形加热的收缩量较大，常用于矫正厚度较大、钢性较强的构件的弯曲变形。在十字柱的矫正中常用的是三角形加热和线

状加热。

3、火焰矫正加热速度

加热温度和焊炬一定时，火焰加热速度应随板厚的增加而减小。采用线状

加热方式来矫正角变形时，如果加热速度太小则导致沿板厚方向的温度梯度小，矫正效果不佳。加热速度在250mm／min以下时，高温加热将会使表面过热产生缺陷。

4、火焰矫正冷却方式

火焰矫正的冷却方式有两种：空冷和喷水冷却。

(1)空冷

加热件与空气形成的自然对流换热会使加热件丧失热量，温度趋于室温。

由于空气是热的不良导体，这必将导致冷却速度慢，生产效率低下。然而对于

含碳量大于0．25％的钢或合金钢，如果火焰加热温度在A1线以上，必须对其

采用空冷方式。

(2)喷水冷却

若要提高火焰矫正生产效率可采用喷水冷却。水的汽化热、热导率和比热

容相比于其他液体较大，无论加热件温度在100℃之上还是在100℃下，水都能较快的吸收加热件的热量，使加热件较快的冷却。对于含碳量小于0．25％的

低碳钢高温矫正时可采用喷水冷却；然而对于含碳量大于0．25％的碳素钢和

低合金高碳钢高温加热和中温加热不宜采用喷水冷却。

5、火焰矫正气体流量

每小时可燃气体(乙炔或丙烷)的消耗量，即气体流量(又称火焰能率)。可

根据气体流量来选取焊炬型号和焊嘴号码。而气体流量可根据加热件的厚度来

估算。适当的气体流量才能给予加热件足够的热量使变形得以矫正。对于厚大

板件，若选取较小的气体流量，那么板的横向收缩和角变形值都很小，达不到

矫正目的。所以火焰矫正操作者都力图采用较大的气体流量，以提高生产效率。

6、火焰矫正加热位置

对船体平面的分段的“瘦脊变形”采用线状加热方式中的曲线加热，加热

线位于筋板或型材的背部，称为“背烧”。当变形较大时，采用双线加热，加

热位置为筋板背部的两侧；当变形较小时，采用单线加热，加热位置为筋板背

部的中心。

“火焰加热-水冷”的应用范围

火焰矫正因其具有设备简单、就地矫正和机动灵活等特点得到了广泛应用，主要有以下几个方面：

(1)火焰矫正可用于矫正大规格型钢的变形。许多大规格的型钢若使用机械矫直比较困难，可采用火焰矫正，操作简便。

(2)火焰矫正可用于大型结构焊接变形的矫正。起重机大梁、铁路桥梁和船体底板等大型结构的焊接变形无法采用机械设备来矫正，只能采用火焰矫正方法。

(3)火焰矫正可用于矫正钢结构件安装、运输或吊装等原因引起的结构变形。大型钢结构件出厂前虽满足技术要求，但运输时的拆卸以及到达目的地的组装