钢结构焊接变形的火焰矫正施工方法热

钢结构焊接变形的火焰矫正施工方法热
作者姓名：隋健军
单位：山东中矿集团有限公司
通讯地址：山东省招远市辛庄镇北街村东
邮政编码：265401
摘要：文章根据多年经验，结合国内相关资料，阐述了钢结构变形的主要种类，介绍了焊接变形的火焰矫正施工方法。

关键词：焊接变形；火焰矫正；施工方法
钢结构由于它重量轻、强度高、韧性和塑性好、加工制作方便等诸多优点，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H型钢柱、梁、撑。

尽管近年来国产热轧H 型钢产量不断增加，但也满足不了设计的特殊需要。

所以，一些H型钢构件还需要焊接。

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。

如果焊接钢结构产生的变形超过允许变形范围，要设法进行矫正，使其达到符合产品质量要求。

实践证明，多数变形的构件是可以矫正的。

矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。

在生产过程中普遍应用的矫正方法，主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。

当钢材型号超过矫正机负荷能力或构件形式不适于采用机械矫正或受施工现场条件所限，需采用火焰矫正。

但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。

因此，火焰矫正要有正确的方法和丰富的实践经验。

1 火焰矫正的原理
钢材受热以1.2×10-5(℃)的线膨胀率向各方向伸长。

由于周围物体对受热物体的限制，受热
物体受到压缩，当冷却时就会比原来的长度有所减少，故收缩后的长度比未受热前有所缩短。

这种特性就为火焰矫正提供了可能。

用此法矫正，在适当位置对构件进行火焰加热，当构件冷却时即产生很大的冷缩应力，达到矫正变形的目的。

2 火焰矫正的工艺规程
①做好矫前准备，检查氧、乙炔、工具、设备情况，选择合适的焊炬、焊嘴；②了解矫正件的
材质，及其塑性、结构特性、刚性，技术条件及装配关系等，找出变形原因；③用目测或直尺、粉线等测量变形尺寸，确定变形大小，并分析变形的类别；④确定加热位置和加热顺序，考虑是否需加外力。

一般先矫正刚性大的方向和变形大的部位；⑤确定加热范围、加热温度和深度。

一般对于变形大的焊接件，其矫正加热温度为700～800℃；⑥检查矫正质量，对未能达到质量要求的范围进行再次的火焰矫正。

矫正量过大的应在反方向进行火焰矫正，直至符合技术要求；⑦一般件经矫正后不许做退火处理，但对有专门技术规定的矫正件需做退火处理，以消除矫正应力。

焊接件的退火温度一般为650℃。

3 火焰矫正的方法及温度控制
钢结构的焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：
①线状加热法。

矫正变形量大及刚性大的焊接结构时，可进行线状加热。

此时，火焰沿直线方向移动，也可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。

②点状加热法。

火焰加热矫正时，可根据不同情况加热一点或数点。

焊件较厚，则加热点的直径要大；焊件较薄，加热点直径要小一些。

一般加热点直径不＜20～30mm。

焊件变形量大，加热点间距要小，其间距一般在50～100mm。

矫正过程中，每加热一点后应立即捶打加热点。

在矫正薄板波浪变形时，最好再加热点周围浇水冷却并锤击。

③三角形加热法。

这种加热的收缩量较大，常用于厚度较大、刚性较强的焊接件的弯曲变形。

以下为火焰矫正时的加热温度和冷却方式(材质为低碳钢)：
低温矫正500℃～600℃冷却方式：水
中温矫正600℃～700℃[KG*2]冷却方式：空气和水
高温矫正700℃～800℃冷却方式：空气
特别注意：火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。

16Mn在高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。

下面介绍解决不同部位的施工方法。

3.1 翼缘板的角变形
矫正H型钢柱、梁、撑角变形。

在翼缘板上面(对准焊缝外)纵向线状加热(加热温度控制在650°以下，呈暗红色)，注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。

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。

这两点是火焰矫正一般原则。

3.2 柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲
3.2.1 在翼缘板上，对着纵长焊缝，由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。

为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。

可采取低温矫正或中温矫正法。

这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，较难掌握。

3.2.2 翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。

用这种方法矫正柱、梁、撑上拱与下挠的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度一般取20～90mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应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。

三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼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，否则造成凹陷变形，很难修复。

这种三角形加热方法同样适用于构件的侧弯矫正。

加热时应采用中温矫正，浇水要少。

3.2.3 柱、梁、撑腹板的波浪变形。

矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤矫正。

加热圆点的直径一般为50～90mm，当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大，可按d＝(4δ＋10)mm(d为加热点直径；δ为板厚)计算得出值加热。

烤嘴从波峰起作螺旋形移动，采用中温矫正。

当温度达到600～700°时，将手锤放在加热区边缘处，再用大锤击手锤，使加热区金属受挤压，冷却收缩后被拉平。

矫正时应避免产生过大的收缩应力。

矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，方法同上。

为加快冷却速度，可对Q235钢材进行加水冷却。

这种矫正方法属于点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。

注意温度不要超过750°。

4 火焰矫正加热状态对矫正效果的影响
火焰矫正的关键是正确掌握火焰对钢材进行局部加热以后钢材的变形规律。

影响火焰矫正效
果的因素主要有火焰加热位置、加热形状、宽度、长度、大小、温度等等。

加热位置的确定应选择在钢材弯曲处其纤维需缩短的部位，一般来说，在弯曲处向外凸一侧加热能使弯曲趋直。

加热面积(包括加热线的宽度、点的直径、三角形的面积大小等)对矫正变形能力的大小有显著影响。

同一厚度的钢板加热线越宽，弯曲量越大。

一般来说，加热线宽度与弯曲量成正比关系。

加热线的宽度为板厚的0.5～2倍左右。

钢材的加热温度，在火焰矫正所允许的范围内，对矫正的变形能力，一般来说，温度越高变
形能力越大，成正比关系。

加热深度是控制矫正效果的重要一环。

加热深度一般控制在钢板厚度的40%以下，如用三角
形加热方式则为构件宽度的40%左右。

加热深度一般较难测量，大都凭经验判断。

如果一次加热未达到矫正效果，则需要做第二次加热，其加热温度应略高于前次，否则亦将无效果。

且同一部位加热不得超过两次。

5 火焰矫正注意事项
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与焊接内应
力和负载应力迭加，会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低。

因此在钢结构制造中一定要慎重，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烤火位置不得在主梁最大应力截面附近；②矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；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；⑤加热火焰一般应采用中性焰。

［参考文献］
［1］中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册［M］.北京：中国计划出版社,2002.。