钢结构焊接变形的火焰矫正施工方法

郑加宇++孟庆欣

摘要：根据多年经验，结合国内同行相关资料，阐述钢结构变形的主要种类，介绍焊接变形的火焰矫正施工方法。

关键词：火焰矫正；焊接变形；施工方法

目前，钢结构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焊接H型钢柱、梁、撑。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。

焊接钢结构产生的变形超过技术设计允许变形范围，应设法进行矫正，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。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，火焰矫正要有丰富的实践经验。本文对钢结构焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗略的分析。

一、钢结构焊接变形的种类

钢结构焊接变形的种类与火焰矫正六剑客职教园（最大的免费职教教学资源网站）钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：①线状加热法；②点状加热法；③三角形加热法。下面介绍解决不同部位的施工方法。以下为火焰矫正时的加热温度（材质为低碳钢）：

低温矫正500度-600度冷却方式：水中温矫正600度～700度冷却方式：空气和水高温矫正700度-800度冷却方式：空气注意事项：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。

（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度以下），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。

（2）柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲。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）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=（48+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度时，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度。

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。C0-2气体保护焊是以C0-2-气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。

二、CO₂气体保护焊的工艺特点分析

CO₂气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO₂体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO₂气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。

三、焊接电源动特性的构成

所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变的反应能力。对CO₂气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。并且，从燃弧到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：短路电流峰值的高低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。若动态响应太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前，就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是频率较高、颗粒小；若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短路过渡时间长，产生的飞溅特点是：频率较低，颗粒粗大。因此，要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞溅。短路电流对焊接接头的加热、焊缝的熔深和成形的作用不大，影响焊缝的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的电流和电压。由于焊接时存在短路过程，故电源电压不能太高，则稳态时的燃弧电流较小，所以短路结束后的电流变化过程是燃弧能力的重要组成部分。也就是说，焊机的动态特性对焊缝成形和熔深有重要的影响。动特性越慢，短路结束后电流过渡时问越长，所提供的燃弧能力越大，焊缝成形越好，熔深越大。但过慢的动特性又会使电流增长率过缓，而导致飞溅严重，甚至破坏电弧的稳定性。所以，必须选用适当的动特性电源来保证焊接工艺的要求。