火工校正工艺

火工校正主要是用来消除钢板扎制、热切割、焊接产生的残余应力和变形。在焊接钢结构制造中最主要是用来对焊接变形的校正。

2 火工校正的原理

火焰矫正是利用金属热胀冷缩的物理特性，采用火焰局部加热金属，热膨胀部分受周围冷金属的制约，不能自由变形，而产生压塑性变形，冷却后压塑性变形残留下来，引起局部收缩，即在被加热处产生积聚力，使金属构件变形获得矫正。

3 焊接变形的种类

3.1 纵向收缩变形

构件焊后在焊缝方向产生收缩。焊接结构焊后出现的收缩变形是难以修复的，必须在构件下料时加放余量。

3.2 横向收缩变形

构件焊后在焊缝横向产生收缩。焊接结构焊后出现的收缩变形是难以修复的，必须在构件下料时加放余量。

3.3 角变形

构件焊后，构件的平面围绕焊缝发生的角位移。主要是由于焊缝截面形状不对称，或施焊层次不合理致使焊缝在厚度方向上横向收缩量不一致引起的。

3.4 波浪变形

薄板焊后易产生这种失稳变形，形状呈波浪状。产生原因是由于焊缝的纵向和横向收缩在拘束度较小结构部位造成较大的压应力而引起的变形，或由几个互相平行的角焊缝横向收缩产生的角变形而引起的组合变形，或由上述两种原因共同作用而产生的变形。

3.5 弯曲变形

构件焊后发生弯曲。弯曲变形是由纵向收缩引起和或横向收缩引起。

3.6 扭曲变形

焊后沿构件的长度出现螺旋形变形，这种变形是由于装配不良，施焊顺序不合理，致使焊缝纵向和横向收缩没有一定规律而引起的变形。

4 火焰加热对材料性能的影响

w（C）小于0.25%的低碳钢，在通常火焰加热、冷却（包括水冷）时，不易获得马氏体组织，仍保持钢材原来组织，即铁素体加珠光体，因此这种钢火焰矫正加热、冷却对力学性能影响不大。

低合金钢采用火焰局部加热空冷对力学性能无显著影响、且疲劳试验对刚度也没有影响。但如冷却速度过快也能出现低碳马氏体组织，影响力学性能。所以火焰矫正应控制加热温度和冷却速度。如若采用浇水冷却，最好加热温度不超过7230C。

5 火焰矫正基本参数选择

5.1 火焰加热温度

火焰矫正根据材质、板厚和加热方法等不同情况，选择不同的加热温度。可分为低温加热、中温加热和高温加热三种温度。

5.1.1 低温加热

低温加热温度为500~6000C。低温加热应用于板厚小于6mm的薄板，由于低温加热最高温度在相变之下，适宜含碳量（质量分数）大于0.25%的碳素钢和合金高强度钢火焰矫正。低温加热允许浇水（清水）冷却，如600MPa级合金高强度钢可在4500C浇水冷却。

5.1.2 中温加热

温度为600~7000C。在这个温度范围，火焰矫正最佳。同时也允许较大的冷却速度，如浇水冷却。中温加热适宜板厚6~12mm的钢板件火焰矫正。但对含碳量（质量分数）大于0.35%的碳素钢和低合金高强度钢加热温度要控制准确，不得超过7230C。

5.1.3 高温加热

加热温度为723~8500C 。高温加热适用于大厚板加热，对于厚板加热效果比低温加热和中温加热效果要好。板厚在14~16mm加热温度在750~8000C，大于20mm板加热温度在8500C。对于含碳量（质量分数）大于0.35%的碳素钢和合金高强度钢不能采用高温加热矫正。

火焰加热温度不允许超过8500C（过火），这样力学性能会变坏，冲击性能降低，同时由于加热温度过高，使金属接近熔化变软，由于气体喷射会把金属表面吹成凹坑或波纹，使钢件受到损伤。另外加热温度过高，使金属表面晶界处被氧气侵入而生成氧化物形成空洞或裂纹，金属表面会生成较厚的氧化皮。

5.1.4 火焰加热温度的控制

对于含碳量（质量分数）小于0.25%的碳素钢和低合金钢，由于加热温度较宽，可以近似的凭钢材的加热颜色估计加热温度。从钢材表面颜色判断温度有一定误差，而且与观察者的经验和现场的光线亮度关系很大。因此对于含碳量（质量分数）大于0.35%的碳素钢和合

5.2 加热火焰氧与乙炔燃烧比

由于氧气和乙炔混合比例不同，燃烧的火焰可以分为中性焰、氧化焰和碳化焰三种。火焰都由焰心、内焰、外焰组成。

5.2.1 中性焰

中性焰燃烧后的气体中即无过剩的氧气，也无过剩的乙炔。

焰心紧靠烤嘴是一个光亮的白色圆柱体，其程度随混合气体的喷射速度增大而增长，温度不是很高。在焰心尖端距离工件表面2~4mm，此区火焰温度最高，并在还原性气氛保护下，可避免氧化。

内焰在焰心之外，颜色较暗。

外焰在内焰之外与周围空气接触，呈淡蓝色，具有氧化性，温度也低。

适合矫正10~30mm厚度的钢板

5.2.2 碳化焰

火焰燃烧后气体中尚有部分乙炔未成燃烧，焰心呈蓝白色，内焰呈淡白色，外焰带橘红色。

碳化焰由于乙炔过剩，燃烧速度减慢，因此整个火焰比中性焰长，且较柔软，温度也较低。

对于大于30mm以上钢板，可采用碳化焰缓慢加热，以便逐渐烤透钢板，避免钢板表面温度较高，而内部温度较低的现象。

5.2.3 氧化焰

由于火焰中氧量的增加，氧化反应剧烈，使火焰各部分长度均变小，焰心短而尖，内外焰层次不清，火焰呈紫蓝色。火焰挺直，并发出“嘶嘶“声。

火焰矫正特点：加热快、生产效率高，通过钢材沿厚度方向温度不均匀分布而产生不均匀收缩来达到矫正变形的目的时，可采用氧化焰较快的加热钢板表面。一般用于厚度10mm 以下钢板。

5.2.4 如采用氧与丙烷，火焰形状与乙炔气稍有不同，内焰呈伞状，呈明亮青白光状，火势旺盛为宜。如呈模糊的兰色则是丙烷过少或氧气过多，呈白色时氧气过少。加热时将内焰伞状接触钢板。

5.3 火焰矫正的加热速度和冷却速度

5.3.1 火焰矫正加热速度

在加热温度和烤嘴一定时，火焰矫正的加热速度随板厚增加而减小。但对火焰矫正焊接角变形，如线状加热时速度慢，沿厚度方向温差小，矫正效果不佳。如速度低于250mm/min 以下时，高温加热会使表面过热，出现缺陷。

5.3.2 冷却速度

火焰矫正的冷却速度分为两种，一种是空气中冷却（空冷），另一种是喷水冷却。

空冷速度相当于水冷速度的2%~3%，冷却速度较慢，可以获得类似于正火的金相组织。含碳量（质量分数）大于0.25%的钢或合金钢，如果加热温度超过7230C以上，必须空冷。空冷缺点是：冷却时间长，生产效率低。

喷水冷却使用清水作为冷却介质。因盐水或其他溶液冷却速度过快易形成裂纹等问题，所以不允许使用。

水冷应用于低温矫正和中温矫正，对于含碳量（质量分数）小于0.25%的碳素钢高温矫正也可采用喷水冷却。喷水冷却效率可以提高三倍以上。但对于w（C）＞0.25%的碳素钢和低合金高碳钢，中温加热和高温加热时不允许采用喷水冷却。

5.3.3 水火距（喷水的水嘴与火焰加热烤嘴之间的距离）

水火距离过大或过小都会减小成型效果。水火距决定了火焰成型的温度场和拘束刚度，水火距太近，热量被水带走太多，温度场过低，矫正成型效果减小，正面水冷还会减小正反两面温度差，显著减少角收缩。水火距过大，则拘束刚度下降，加热过程中压缩作用减小也使成型效果减小。正面水冷水火距为90mm为宜，背面水冷水火距以120mm为宜。

5.3.4 水流量的选择

水流量的大小起两个方面作用：一是决定了冷却作用的强弱，二是决定了浸水前沿距火焰中心的距离（实际水火距），因此水流量和水火距共同确定了火焰成型的冷却条件，是火焰成型的重要参数之一。合适的水流量在53~100ml/s为宜。

5.3.5 火焰能率和烤嘴角度

火焰能率主要依据每小时可燃气体的消耗量（L/h）来确定，而气体消耗量又取决于烤嘴大小，所以一般烤嘴大小表示火焰能率大小。只有适当的火焰能率，才能给予足够的能量