H型钢焊接的变形与矫正

关于焊接H型钢焊接变形的控制与矫正总结

H型钢矫正机

H型钢是一种新型经济建筑用钢。

H型钢截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30-40%；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25%。常用于要求承截能力大，截面稳定性好的大型建筑（如厂房、高层建筑等），以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。

H-型钢是由工字型钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断面钢材，尤其断面与英文字母“H”相同而得名。其特点如下：

→ 翼缘宽，侧向刚度大。抗弯能力强。

→ 翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。

→ 与焊摄工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30%左右。

→ 相同截面负荷下．热轧H钢结构比传统钢结构重量减轻15%-20%。

→ 与砼结构相比，热轧H钢结构可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20%一30%，减少结构设计内力。

→ H型钢可加工成T型钢，蜂窝梁可经组合形成各种截面形式，极大满足工程设计与制作需求。

H型钢主要用于工程，厂房设备，机械设备，桥梁，高速公路，民房等;机械性能和物理性能好，牢固，节约能源和环保的效果。H型钢是一种经济型断面钢材，广泛用于工业、建筑、桥梁、石油钻井平台等方面，据预测2005年我国H型钢需求量约250万吨，2010年需求量500万吨，但目前我国H型钢年生产能力为120万吨，市场需求量非常巨大。

钢结构连接普遍采用焊接，且对于一些重要焊缝一般都采用全熔透焊接。金属焊接时在局部加热、熔化过程中，加热区的金属与周边的母材温度相差很大，产生焊接过程中的瞬时应力。冷却至原始温度后，整个接头区焊缝及近缝区的拉应力区与母材在压应力区数值达到平衡，这就产生了结构本身的焊接残余应力。此时，在焊接应力的作用下焊接件结构发生多种形式的变形。

人工矫正

一、焊接变形的形式与原因：

钢结构焊接后发生的变形大致可分为两种情况：即整体结构的变形和结构局部的变形。整体结构的变形包括结构的纵向和横向缩短和弯曲（即翘曲）。局部变形表现为凸弯、波浪形、角变形等多种。

1.1变形常见基本形式

常见焊接变形基本形式有如下几种：板材坡口对焊后产生的长度缩短（纵向收缩）和宽度变窄（横向收缩）的变形；板材坡口对接焊接后产生的角变形；焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致形成的扭曲变形；薄板焊接后母材受压应力区由于失稳而使板面产生翘曲形成的波浪变形；由于焊缝的纵向和横向收缩相对于构件的中和轴不对称引起构件的整体弯曲，此种变形为弯曲变形。

图1焊接变形的基本形式

这些变形都是基本的变形形式，各种复杂的结构变形都是这些基本变形的发展、转化和综合。

二、防止和减少结构变形的措施：

1）减小焊缝截面积：在得到完好、无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采用较小的坡口尺寸（角度和间隙）。

2）对屈服强度345MPa以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热、层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。

3）厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。

4）双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件

中和轴对称的焊接顺序，如下图2：

3

2

14

3

12

4

（a ）角变形大

（b ）角变

形小

图

2

：用双面坡口对称焊接顺序减小角变形

5）T

形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝，见图3：

（a ）不开坡口，变形大 （b ）开

坡口，变形小

图3：T 形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝

6）采用焊前反变形方法控制焊后的角变形，此法使生产中最常见的一种方法，而预先把焊件作出基本抵消（补偿）。焊后弯曲的反变形，来达到防止焊后变形的目的。表1、图4分别为箱形柱、H 型钢焊接前反变形参考数值：

箱形梁翼缘板的角度反变形值 表1 序号 腹板厚（mm ） 翼板厚（mm ） 反变形角α 图示

1 25 50 α

底板

腹板

顶板

2 25 25 30

～3.50

3 16～20 25 20

～2.50

4

40～50

35～50

30～3.50

图4 H形钢焊接前翼缘的反变形量参考值

7）刚性固定法：又称为强制法。在实际制作中，对于刚性大的构件焊后变形一般较少，对刚性小的构件可在焊前加强构件刚性，焊后变形也响应减小。在采用这种方法时，必须等焊接冷却后再把夹具和支撑卸去，几种常见的方法有夹具法、支撑法、胎具法、临时固定法（如焊钉固定和压紧固定法）、定位焊接法。

8

）锤击焊缝法：此法主要适用于薄板的焊接。当薄板的焊缝及其热影响区还没有完全冷却时，立即对该区域进行锤击，对于厚板则用风枪敲击。

9）采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形。

10）设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸；合理布置焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

11）正确选择焊接顺序。在钢结构中同时存在对焊缝和角焊缝时，原则上先焊对焊缝，反焊角焊缝。对十字型焊缝和T字型焊缝，更应采取正确的顺序，避免焊接应力集中，保证接头焊接质量。采取对称于整个钢结构的中和轴的焊接和采取从中间相两段焊接，对减少变形十分有利。对钢结构中强度要求高的重要部位焊接，应尽量使接头能自由收缩，不受约束。

三、焊接变形的焊后矫正方法：

为了达到设计、规范要求，发生了焊接变形的焊接结构构件必须矫正，从另