河南天丰钢结构有限公司 河南新乡 453000
摘要：目前，钢结构已在高层、超高层、厂房以及其他建筑中得到广泛的应用。而钢结构建筑的主要构件是焊接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，如果焊剂而变形不予以矫正，则不仅影响结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性。
关键词：建筑钢结构；焊接变形；火焰矫正
1 概述
就目前而言，钢结构广泛应用于房屋以及桥梁等的建设中，钢结构以其强度高，建设速度快的优势，得以广泛应用。用于钢结构的结构件主要以H型钢柱、梁、撑形式，并以焊接连接。由于焊接过程是通过工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接的，要产生很高的温度，因材质主要是钢材，总是会受到温度的影响，在焊接产生高温下会发生变形，如果对焊接产生的变形视而不见将会在安装时产生偏差，影响工作效率，还会对钢结构整体的结构产生极大的影响，它使钢结构的内部结构发生一定的变化，影响整体结构的稳定性和可靠性以及安全性。
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，使其达到符合产品技术质量要求。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才能完成。本文对钢结构焊接变形的种类、矫正方法做了一个粗浅的分析。
2 钢结构焊接变形的种类与火焰矫正
钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑等。焊接变形后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500～600℃，冷却方式：水。
中温矫正600～700℃，冷却方式：空气和水。
高温矫正700～800℃，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在用火焰高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬火倾向较大的钢材。
2.1 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），注意加热范围不得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）加热过程中不要浇水，这两点是火焰矫正一般原则。
2.2 柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲
a.在翼缘板上，对着纵向长焊缝，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。
b.翼缘板上线状加热，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20~80mm，板厚小时，加热宽度窄一些，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，三角形的底部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，然后从中间向两侧扩展，一层层加热直到三角形底部为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形时，修复困难。
注：以上三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正，加热时应采用中温矫正，浇水不宜多而要少。
2.3 柱、梁、撑的波浪变形
矫正波浪边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，当钢板厚度或波浪变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。矫正时应避免产生较大的收缩应力。矫正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℃。
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2.4 加热温度与钢材表面对应的颜色
在火焰加热过程中，加热的大致温度，可以从钢材表面颜色的变化进行判断。先大致整理了加热温度与钢材表面变化的对应关系如下表（在暗处观察）
温度/℃钢材表面颜色温度/℃钢材表面颜色
550~580深褐红色830~900亮樱红色
580~650褐红色900~1050橘红色
650~730暗樱红色1050~1150暗黄色
730~7700深樱红色1150~1250亮黄色
770~800樱红色1250~1300白黄色
800~830淡樱红色
3 选择合理的焊接方法及焊接参数
在焊接方法上首先选用能量密度高的焊接方法，通常我们使用的是CO2气体保护焊、等离子弧焊进行焊接，就可以减少工件的变形量。其次是用较小的焊接线能量，可以减少因焊接引起的变形量。这种方法会影响生产效率，不宜采用。
焊接不对称的构件时，通过选择不同的焊接参数，可以控制和调节弯曲变形见图1所示是截面不对称的构件，焊缝1和2到伤心轴的距离e比焊缝3
图1 异形工字钢
和4到中心轴距离d大，施焊后变形也会大。如果焊缝1和2采用比焊缝3和4小的规范参数分层焊接，可以使上下弯曲变形抵消，这是选择合理的装配焊接顺序在工程中的具体应用。
钢结构构件在装配过程中，侧面中心位置不断发生变化，因而焊接变形也在不断变化，利用这一特点通过把结构适当的分成部件，分别装配焊接，使不对称的焊缝和收缩量较大的焊缝在焊接过程中能比较自由的收缩二部影响整体结构，然后拼焊成整体。这样就有利于控制变形，矫正也会比较简便。
对于截面形状对称的结构，尽可能采用对称焊接方法；对于分布在侧面中心线两侧的焊缝，一般先焊的那一侧产生的弯曲变形会比后焊的一侧焊缝产生的弯曲变形要大。因此焊接顺序的总规律是先焊焊缝少的一侧。
对于防止薄板焊接引起的波浪变形，采用机械预拉伸、加热的预拉伸，或者两者同时使用，使薄板预先得到拉伸或伸长然后在张紧薄板上装配焊接骨架，可以有效防止波浪变形。
4 结束语
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、撑的纵向用力超过允许应力，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减少变形，矫正时尽量采用机械矫正。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℃
通过对钢结构构件变形的研究，掌握其变形规律，并在实践中总结出各类参数，可以提高工程质量。总之，不可以避免的变形需要采用合理的矫正方法进行矫正，这样才能钢结构构件质量达到使用的要求。
参考文献
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[3]丁德全.金属工艺学[M].北京：机械工业出版社，2000.5.
[4]郝广发.焊接工艺学[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介
王素贤（1977-）.女.汉族.河南新乡市人.2012年毕业于中央广播电视大学. 工程师.现在河南天丰钢结构有限公司从事技术工作。
论文作者:王素贤,毛琳,毛晓雯
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：钢结构论文; 构件论文; 角形论文; 线状论文; 火焰论文; 方法论文; 温度论文; 《基层建设》2018年第28期论文;