钢结构焊接变形矫正方法探讨

莫焱

摘要：钢结构是由型钢和钢板等钢材经焊、铆或螺栓连接而形成的一种结构。被广泛应用于高度和跨度较大的结构，以及可拆卸的结构等等。但是，由于固体具有在外力作用下改变形状的基本性质，钢结构普遍存在着变形问题。因此，焊接钢结构产生的变形超过技术设计允许变形范围时，应设法进行矫正，使其达到符合产品质量要求。本文对几种常见的焊接变形进行了分析，同时介绍了控制和矫正焊接变形的常用方法。以提高钢结构的加工质量。

关键词：焊接变形；钢结构；变形矫正

1常见的焊接变形

1.1 纵向变形

在钢板冷却的过程中，原来温度高的部分被压缩的多，因而冷却后收缩的也多，因此产生的纵向收缩造成纵向变形。

1.2 横向变形

形成横向变形的主因是板材的不均匀受热。由于板材的不同部分的受热不均，热过程不同，因此在板材冷却时，横向收缩是不均匀的，这就造成了横向变形。

1.3 弯曲变形

弯曲变形在焊接中常出现的现象，它对结构的影响较大。钢材的纵向收缩与横向收缩都会产生弯曲变形。就是T形梁，翼缘板很厚，而腹板很薄时，也会产生特殊的弯曲变形。

1.4 角变形

对较厚钢板进行单面焊接时，焊接的这一侧温度高，背面温度低，这样在冷却时，焊接的一侧收缩较大。加热区在横向上的收缩，就引起了相对角度变化的角变形。

1.5 波浪变形。

也叫做褶皱变形，主要发生在薄钢板构件中。薄钢板冷却收缩的时候，不同区域之间互相产生应力，应力较大时，薄钢板就无法维持稳定出现褶皱。6）

2.1 火焰矫正方法

2.1.1 柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲

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。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。

2.1.2 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℃。

2.1.3 矩型箱型梁的扭曲变形

这种结构梁的变形校正主要是扭曲变形，用火焰校正比较麻烦，首先确定发生扭曲的部位，一般是两处，一处向顺时针扭曲，一处向逆时针扭曲。在发生扭曲的部位将盖板和腹板的焊缝用碳弧气刨刨开，一般是500～800mm左右，在发生顺时针变形处用火焰逆时针在变形截面上中火烘烤，每块板烘烤的长度为板幅宽的三分之二，最后的三分之一不要用火焰加温。在发生逆时针变形处用火焰顺时针在变形截面上中火烘烤，每块板烘烤的长度为板幅宽的三分之二，最后的三分之一不要用火焰加温，加温部位的宽度不能超过10cm。同时可以实施水冷或空冷，如果最后恢复变形的效果不好，可以连续实施方法相同的第二次校正，但是不能超过三次。

2.1.4 角变形

角变形的矫正主要目的在于矫正容器各个部位的变形。一般情况下温度控制在650℃，然后进行线状加热。淡水加热线的宽度越大，其横向的收缩程度也会随之提升。而加热的部位不可利用水来进行冷却，也不能将位置超过焊脚范围内。只有在条件全部符合的情况下才能有效把握火焰矫正的具体技巧。

2.2 机械矫正法

机械矫正法，是使用机械力的作用，对焊接变形进行矫正，一般适用于小尺寸焊件或变形程度较小的焊件，常用器具有千斤顶、压力机、矫板机等。矫正时，先将焊件固定在支撑之间，再对构件施加与焊接变形方向相反的力，使其产生相反的塑性变形，补偿原来的变形即可。注意，冷加工法不适用于脆性倾向较大的钢材料。

3 钢结构焊接变形的控制措施

3.1 合理的装配和焊接顺序

要有标准的水平平台，用于制作和拼接钢件，这样保证了构件的平直。小件可以一次装配，先定位焊接一遍，再按顺序一次完成。大型钢结构要先将小件组焊，然后，总体装配，之后再焊接。拼装过程中要注意避免过大的外力强制组对，防止焊件的变形。对接口的间隙，搭接长度，坡口角度连接要合理。对称的焊件具有对称分布的焊缝，对称焊接可以将焊接变形互相抵消和简化。但是由于焊接顺序依然是有先有后的，先期的焊缝变形大，后期的焊缝变形小，这样对称焊接依然会产生变形，所以，焊接顺序不能随便安排。在焊接过程中，对称的构件要先装配好，再由成对的焊工对应的同时焊接。有些钢结构很难同时对称的焊接，此时，只能将焊缝先后焊接，不过依然可以通过顺序的合理安排减少变形。

3.2 选择合理的焊接工艺

在焊接时产生的能量愈小，构件的变形就愈不明显。因此，在焊接时，应尽量选取小焊条、实施多层焊接，焊接电流以及焊接速度要进行适当选取。在进行焊接时，应遵循先短后长、先立角后平角、先对接后角接的原则。

结语

焊接钢结构出现的变形会给生产的安全带来严重的威胁，所以矫正是非常关键的环节。而实际的工作中，也证明了大多數情况下可以通过有效的矫正方式来对变形的构件进行妥善处理。虽然火焰矫正在目前得到了广泛使用，但是该技术的运用需要高精密技术的支持。所以要解决钢结构的焊接变形问题，仍然需要在实际的工作中总结经验，并实现在矫正方式上的进步和完善。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接等学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社.

[2]桥梁钢结构焊接变形控制与矫正[J].章国平，王兴，杨令成，所立新，徐勇.建筑技术开发.2015（09）endprint