钢结构焊接变形的火焰矫正方法
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钢结构焊接变形的火焰
矫正方法
内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)
钢结构焊接变形的火焰矫正方法
摘要火焰矫正是钢结构制作过程中解决焊接变形常用的一种方法,本文重点介绍了钢结构焊接变形火焰矫正方法的施工工艺。
关键词钢结构焊接变形矫正
1 前言
在XXX三期炼钢板坯,轨梁精整等厂房钢结构制作项目中,大部分是由宽翼缘焊接H型钢组成梁、柱等构件。这些构件在加工过程中存在焊接变形问题。这些焊接变形如果不矫正,对结构的整体安装和工程的安全可靠性都存在很大的影响。为此我主要采用了火焰矫正方法,使这些梁柱的焊接变形得到了很好矫正。
2 气体火焰矫正原理
金属具有热胀冷缩的特性,机械性能也随温度而变化。低碳钢(以Q235钢为
温度的关系如图1虚线所示,一般可简化为实线所示,即当例)的屈服极限σ
s
温度在500οC以下,屈服极限基本无变化;温度高于600οC时,屈服极限接近于零。温度在500—600οC之间时呈线性变化。
当金属结构局部加热时,加热区的金属热膨胀受到周围冷金属的阻止,不能自由变形,某些部位的金属被塑性压缩。冷却后,残留的局部收缩使结构获得所需要的变形。
线状加热法
线状加热法的原理如图2所示,钢板表面被加热后,离加热点最近的表面温度上升最快,膨胀也最快,周围所受热影响较小,膨胀也很小,加热停止后,温度向周围扩散,被加热部分开始冷却,形状也渐次恢复,但又因钢板表面与空气
接触,热散较快,因而使表面被加热部分还未恢复原状就已固定下来。
随着冷却过程的持续(图2),在中性轴上侧的高温开始收缩,其收缩力使板向上弯曲,弯曲终止后,钢板两端各缩短a/2,中间却凸起a,这样总体积不变,重量也不变。火焰沿钢板直线方向移动,同时为使加热线增宽也可作横向摆动,形成长条形加热。
点状加热法
对薄板进行加热时,因板较薄,表面热量很快传递到内侧,高温部分贯通至整个板的横剖面。冷却时,上下表面冷却相同,中性轴上下侧的冷却收缩力也相同,所以加热时上下表面膨胀部分留下来,从而造成板整体缩短,但并没有弯曲。如图3所示。
缩短加工时加热点位置相对固定。这种方法一般用于矫正薄板波浪变形。加热温度和冷却介质
火焰矫正所用氧—乙炔混合比应为1:—1:之间的中性焰或氧化焰比较合适。
按火焰矫正的加热温度可分为低温矫正、中温矫正和高温矫正三种,相应的加热温度和冷却介质见表1所示。
2.3.1低温矫正低碳钢
根据图1中加热到500—600οC时,低碳钢的屈服极限已大幅度下降,加热到这个温度范围,可以起到火焰矫正的目的,且金相组织和机械性能不变。由于喷水、冷却速度快,火焰矫正效率高。这种方法我们在实际生产中采用较少。
2.3.2中温矫正
中温矫正时金属的加热温度在600—700οC,屈服极限σ
更接近零值。加热
s
温度仍在相变温度以下,金属组织没有相变,因此金属的机械性能也变化不大。中温矫正在我们实际生产中经常使用。
2.3.3高温矫正
这一温度范围内虽然存在金属组织的相变,但由于Q235、Q235F和Q345等钢材在空气中冷却后,仍然可以得到退火组织,其机械性能变化也不大。但如果加热温度过高,会引起奥氏体晶粒长大,冷却中得不到细化,则会增加金属的脆性,降低冲击韧性。
应注意,对Q345钢加热至相变温度的情况下不得使用水冷,否则将产生低碳马氏体,影响冲击韧性。
对加热温度,还应注意线状加热应限制在650οC以下,点状加热时应限制在750οC以下。
3 钢结构焊接变形的种类及火焰矫正
钢结构中的主要构件为焊接H型钢梁、柱。其焊接变形经常采用的三种火焰矫正法为:(1)线状加热法;(2)点状加热法;(3)三角形加热法。以下具体介绍在攀钢三期钢构制造中解决不同部位变形的施工方法。
翼缘板的角变形。
矫正H型钢梁、柱焊接角变形。在翼缘板上面(对着韩焊缝外)纵向线状加热,注意加热范围不能超过两焊脚所控制的范围,可以不用水冷却,见图4。线状加热时要注意:(1)不应在用一处反复加热;(2)加热过程中要浇水。这两点是火焰矫正的一般原则。
梁、柱的上拱(下挠)弯曲
方法一: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。为避免产生旁弯和扭曲变形,两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减小焊接内应力,但这种方法在纵向收缩的同时较大的横向收缩,较难掌握。
方法二:翼板上作线状加热,在腹板上三角形加热,见图5。用这种方法矫正梁、柱的弯曲变形,效果显着,横向线状加热宽度通常取20—90mm,板厚小时,加热带要窄一些,加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人操作完成,再分别加热三角形。三角形的宽度应不超过板厚的2倍,三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形应由顶部开始,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。
梁、柱的旁弯变形
梁柱的旁弯变形采取对翼板边进行三角形加热,如图6。
具体方法和要求同中方法二所述。采用中温矫正,浇水要少,如淋浴程度即可。另外还需注意对厚度较大或淬硬倾向较大的钢材,不能采用水冷。为提高矫正效果和质量,在加热过程中用夹具把翼缘板向凹侧夹固。
4 结语
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,会使梁柱的总应力超过许用应力,而降低承载安全系数,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小变形,在确定需要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,可多选几个截面;