钢结构焊接变形火焰矫正方法探究

孙子祥

摘 要：本文在概述钢结构焊接变形和火焰矫正基本涵义的基础上，给出了应用火焰矫正常见的不同类型的钢结构焊接变形的方法，并在最后给出了钢结构焊接变形火焰矫正的注意规范。希望本文的分析能为钢结构焊接变形火焰矫正方法探究提供理论借鉴和实践参考。

关键词：钢结构 焊接变形 火焰矫正

中图分类号：TG4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0083-01

当前，制作和安装厂房等建筑物广泛应用的钢结构离不开焊接H型钢立柱、主横梁和撑。而这些构件在焊接过程中都会存在不同程度的焊接变形问题，若不及时矫正钢结构焊接变形，不仅会影响钢结构的整体安装，更会严重影响甚至降低建筑物的安全和可靠性。

对于钢结构焊接的不同变形，普遍应用的矫正方法有人工矫正、机械矫正、火焰矫正和综合矫正。机械矫会受设备和现场生产条件制约，特别是当矫正负荷能力低于钢材型号时就不适于采用。火焰矫正采用气焊焊炬，方法简单，机动灵活，也不需专门设备，还可用于大型船舶等巨型鋼结构的变形矫正，因此被广泛应用。本文将对钢结构焊接变形火焰矫正进行分析。

1 钢结构焊接变形和火焰矫正概述

钢结构焊接变形是指在焊接钢结构过程中，施焊电弧高温引起的直接变形和焊接完成后构件的残余变形现象。其中，焊接构件残余变形破坏性最强，也是影响焊接质量的最主要因素，其会对钢结构的不同层次产生整体或局部的影响，因此可以将其分为整体残余变形和局部残余变形；整体残余变形包括：弯曲变形、收缩变形、扭曲变形和错边变形，局部残余变形包括：角变形和波浪变形，整体残余变形是钢结构焊接过程中发生较多的类型。

火焰矫正是指在一定技术标准要求下，利用燃烧气体释放的热量加热变形构件局部，从而利用伸长部位冷却后的局部收缩抵消焊接变形，从而产生塑性变形的矫正过程。火焰矫正的常用方法有线状加热法、点状加热法和三角形加热法。使用时应特别注意控制火焰温度和加热位置。采用600 ℃～800 ℃的温度加热低碳钢和普通低合金钢，但由于需再次加热，合金钢要慎用。

2 应用火焰矫正常见钢结构焊接变形

如上所述，钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。这些构件都有着较大长度和高度，焊接后易产生弯曲或扭曲变形。焊接变形常用的点状加热法常用于矫正厚度在8 mm以下钢板的波浪变形，线状加热法主要是用火焰在宽度方向的横向摆动或沿直线方向的移动来进行带状加热，三角形加热则多用于矫正弯曲变形。

针对不同的钢结构焊接变形，火焰矫正的具体操作如下。

2.1 角变形火焰矫正

主要是矫正H型钢柱、钢梁、钢撑的角变形。在控制加热温度为650 ℃的情况下，对准焊缝外在翼缘板上面进行纵向线状加热，可以采用直通加热、链状加热或带状加热法。由于宽度越大的加热线，其横向收缩也越大，所以当横向收缩大于纵向收缩时，要充分发挥加热线横向收缩作用。注意加热线宽度一般是钢板厚度的一半到2倍之间，加热部位不要超过两焊脚所控制范围，不用水冷却。线状加热过程中要把握火焰矫正的一般原则，即：一是不能反复加热同一位置。二是加热过程中不能同时浇水。

2.2 波浪变形火焰矫正

波浪变形的矫正要先找出凸起的波峰，并用圆点加热法配合手锤矫正。加热原点的直径应与钢板厚度或波浪变形的面积大小成正比，但一般为5～9 cm。若加热垫直径用d表示，板厚用δ表示，则值加热的计算公式是：d=（4δ+10）mm。因此，波浪变形的主要矫正方法是点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。利用中温矫正时烤嘴要从波峰起作螺旋形移动；当温度在600 ℃～700 ℃时，在加热区边缘放置手锤，并用大锤击打手锤，以挤压加热区金属，使其冷却收缩后被拉平。这种矫正应注意的事项一是温度控制在750 ℃内。二是一个圆点矫正完后再加热第二个波峰点，以避免产生过大的收缩应力。三是可以采用加水冷却Q235钢材以加快冷却速度。

2.3 弯曲变形火焰矫正

注意是矫正柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲。方法有：一是对准翼缘板的纵长焊缝，采用从中间向两端的线状低温或中温加热即可矫正，但加热时两条加热带要同步进行，以避免发生弯曲和扭曲变形。尽管这种矫正法有利于减少焊接内应力，但其因为在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，所以较难掌握。二是线状加热翼缘板，三角形加热腹板，这种方法较好。横向线状加热宽度一般取20～90 mm，加热由宽度中间向两边扩展，两人同时操作；后再分别加热三角形。其宽度不超2倍板厚，三角形底边应与对应翼板上线状加热宽度相等，加热时从三角形顶部到中心向两侧扩展直到底部，此过程要注意一层层加热且温度不能过高，否则易造成难矫正的凹陷变形。此外，以上三角形加热方法也适用于构件旁弯矫正。加热时应采用中温矫正，浇水要少。

3 钢结构焊接变形火焰矫正注意规范

钢结构制造中要慎用火焰矫正，尽量采用合理工艺措施减少变形，多采用机械矫正，以避免不恰当矫正引起的柱、梁、撑纵应力过高而降低承载安全系数的问题。当不得不采用火焰矫正时，要注意以下规范。

一是选用CO2气体保护焊、等离子弧焊和手工点弧焊等能量密度较高的焊接方法，以降低薄板焊接的变形量。

二是焊接线能量不宜过低，要考虑实际生产率。

三是对不对称构件的焊接要注意选用不同的焊接参数，以控制和调节弯曲变形，同时要选择合理的装配焊接顺序。

四是焊接顺序总的规律是先焊焊缝少的一侧，尽可能采用对称焊接方法截面形状对称结构，采用机械或加热预拉伸焊接薄板骨架，或同时使用，并装配焊接骨架，防止波浪变形。

其他注意事项，包括：（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）加热温度不超过700 ℃。

钢结构焊接变形的种类很多，原因也有很多，有时候操作环境、焊工的操作技术和能力等也会影响到钢结构的形状。所以，要有效解决钢结构焊接变形问题，需要综合考虑恰当的焊接矫正方法，同时需要在实践中不断总结创新，以实现进一步的矫正突破。

参考文献

[1] 刘森.简明焊接技术手册[M].金盾出版社，2006.

[2] 王成，吴国斌.钢结构焊接变形的火焰矫正施工方法[J].科技向导，2011（12）：370.

[3] 薛志军.浅谈钢结构焊接变形及其预防[J].科技向导，2013（6）：170.