大型钢结构厂房钢构件焊接变形火焰矫正工艺.pdf

大型钢结构厂房钢构 王庆晖郭超彭新凯 中国石油天然气第一建设公司河南洛阳4 7 1 0 2 3 r 垒 工 塑 Q 工程技术 摘要在大型钢结构厂房钢构件制作过程中， 焊接变形是客观存在的， 在采取的诸多矫正方法中， 火焰矫正始终是一种便 捷、 有效的实用方法 ， 本文从火焰矫正的原理、 优点、 方法及温度控制、 注意事项等方面阐述了火焰矫正的技术， 具 有一 定的参 考意义 。 关键词大型钢结构钢构件焊接变形火焰矫正工艺 中图分类号 T G 4 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 3 2 3 2 0 1 5 0 5 0 0 6 5 一 O 3 钢结构由于重量轻、 强度高、 韧性和塑性好、 加工制作方便 等诸多优点， 已在厂房建筑中得到广泛的应用。 大型钢结构厂房 多采用焊接 H型钢构件 ， 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。如果焊接钢结构产生的变形超过 允许变形范围， 要设法进行矫正， 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。当钢 材型号超过矫正机负荷能力或构件形式不适于采用机械矫正或 受施工现场条件所限， 需采用火焰矫正。 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， 火焰矫正要有正确的方法和丰富的实践经验。 1火焰矫正的原理 钢材受热以 1 ． 21 0 5 ℃ 的线膨胀率向各方向伸长。 由于 周围物体对受热物体的限制， 受热物体受到压缩， 当冷却时就会 比原来的长度有所减少 ， 故收缩后的长度比未受热前有所缩短。 这种特性就为火焰矫正提供了可能。 用此法矫正， 在适当位置对 构件进行火焰加热， 当构件冷却时即产生很大的冷缩应力， 达到 矫正变形的目的。 2火焰矫正的优点 1 设备简单操作方便。火焰矫正工艺只需气焊工常用的 焊炬和氧乙炔设备， 部分平台、 平尺及简单的工具和量具。 2 效率高、 速度快。 火焰矫正是利用金属本身的热胀冷缩 特性， 在很短时间内， 使其产生很大的应力变形。 3 质量高。用锤打方法矫正变形， 往往使工件变形不均 匀。表面锤痕累累、 凹凸不平， 尤其对已经精加工的零部件就更 不宜采用。用火焰加热矫正， 可使工件表面光洁无痕， 不影响外 观质量 。 4 经济效果好。当有些零部件用其他方法难以矫正时， 则 可用火焰矫正法矫正。从设备、 人力、 时间、 质量上 比较， 其经济 性是任何其他矫正方法无法比拟的。可在几分钟内或几小时内 将 变形矫正好。 5 适用性强。火焰矫正可用在产品的制造、 安装等场合， 矫正可在生产车间进行， 也可在施工现场进行。 当然火焰矫正也有其不足之处，如手工火矫要求操作工人 的经验比较丰富， 自 动化加热火矫的设备 比较昂贵。 3火焰矫正的一般要求 1 做好矫前准备 ， 检查氧、 乙炔、 工具 、 设备情况， 选择合 适的焊炬、 焊嘴； 2 了解矫正件的材质， 及其塑性、 结构特性、 刚性， 技术条 石 油 化 工 建 设 z 0 1 5 ．0 5 I 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m r 【 C T e c h n o Io g v 工程技术 件及装配关系等， 找出变形原因； 3 用 目测或直尺、 粉线等测量变形尺寸， 确定变形大小， 并分析变形的类别； 4 确定加热位置和加热顺序 ， 考虑是否需加外力。 一般先 矫正刚性大的方向和变形大的部位； 5 确定加热范围、 加热温度和深度。 一般对于变形大的焊 接件， 其矫正加热温度为 7 0 0 ～8 0 0 ℃； 6 检查矫正质量 ， 对未能达到质量要求的范围进行再次 的火焰矫正。 矫正量过大的应在反方向进行火焰矫正， 直至符合 技术要求； 7 一般件经矫正后不许做退火处理， 但对有专门技术规 定的矫正件需做退火处理， 以消除矫正应力。 焊接件的退火温度 一 般为 6 5 0 ℃。 4火焰矫正的方法及温度控制 4 ． 1火焰矫正方法 1 线状加热法。 矫正变形量大及刚性大的焊接结构时， 可 进行线状加热。此时， 火焰沿直线方向移动， 也可同时在宽度方 向作横向摆动。宽度一般约为钢材厚度的 0 ． 5 ～2 倍。 2 点状加热法。 火焰加热矫正时， 可根据不同情况加热一 点或数点。 焊件较厚， I I I I 热点的直径要大； 焊件较薄， 加热点直 径要小一些。一般加热点直径不小于 2 0 ～3 0 mm。焊件变形量 大 ， 加热点间距要小 ， 其间距一般在 5 0 ～l O O mm。矫正过程中， 每加热一点后应立即捶打加热点。 在矫正薄板波浪变形时， 最好 再加热点周围浇水冷却并锤击。 3 三角形加热法。 这种加热的收缩量较大， 常用于厚度较 大、 刚性较强的焊接件的弯曲变形。 4 ． 2火焰矫正加热温度和冷却方式 以低碳钢为例 低温矫正 5 o 0 ℃～6 0 0 C冷却方式 水； 中温矫正 6 0 0 C～7 0 0 C冷却方式 空气和水I 高温矫正 7 0 0 C～8 0 0 C冷却方式 空气。 特别注意 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。1 6 Mn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。 4 ． 3不同部位的施工方法 4 ． 3 ． 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 6 5 0 。以下， 呈暗红色 ， 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。 4 ． 3 ． 2柱、 梁、 撑的上拱与下挠及弯曲 6 6 I 石 油 化 工 建 设 2 0 1 5 ．0 5 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。 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、 撑上拱与下挠的弯曲变形， 效果显著， 横向线状加热 宽度一般取 2 0 ～9 0 ram， 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。 这 种三角形加热方法同样适用于构件的侧弯矫正。加热时应采用 中温矫正， 浇水要少。 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 5 0 ～9 0 ram，当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大， 可 按 d 4 6l O mm d为加热点直径； 6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 6 0 0 ～7 0 0 。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 q 2 3 5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 7 5 0 。。 5火焰矫正加热状态对矫正效果的影响 火焰矫正的关键是正确掌握火焰对钢材进行局部加热以后 钢材的变形规律。影响火焰矫正效果的因素主要有火焰加热位 置、 加热形状、 宽度、 长度、 大小、 温度等等。 加热位置的确定应选择在钢材弯曲处其纤维需缩短的部 位， 一般来说 ， 在弯曲处向外凸一侧加热能使弯曲趋直。 加热面积 包括加热线的宽度、 点的直径、 三角形的面积大 小等 对矫正变形能力的大小有显著影响。同一厚度的钢板加热 线越宽， 弯曲量越大。一般来说， 加热线宽度与弯曲量成正比关 系。加热线的宽度为板厚的 0 ． 5 ～2 倍左右。 钢材的加热温度， 在火焰矫正所允许的范围内， 对矫正的变 形能力， 一般来说， 温度越高变形能力越大， 成正比关系。 加热深度是控制矫正效果的重要一环。加热深度一般控制 在钢板厚度的4 0 ％以下，如用三角形加热方式则为构件宽度的 4 0 ％左右。加热深度一般较难测量， 大都凭经验判断。如果一次 加热未达到矫正效果， 则需要做第二次加热， 其加热温度应略高 于前次， 否则亦将无效果。且同一部位加热不得超过两次。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6火焰矫正注意事项 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 火烤之后的不均匀收缩必然会产生较大的残余应力， 其残余应力分布规律是火烤区域有拉应力 ，非火烤的区域有与 之相平衡的压应力。安装后 ， 在荷载作用下， 残余应力与外荷载 应力相叠加， 构件提前进入弹塑性状态， 这意味着刚度退化 ， 挠 度加大， 稳定承载能力也会受一些影响， 因此在钢结构工程实践 中应尽量避免对构件受力平面内的弯曲进行火焰矫正。如果梁 是侧向旁弯， 则在粱的上、 下翼缘的同一侧边火烤， 则上、 下翼缘 都存在自相平衡的残余拉、 压应力 ， 与外荷载应力叠加后， 上、 下 翼缘一边提前进入弹塑性状态， 另一边则有鲍辛格效应， 推迟进 入弹塑性状态，对构件在荷载作用下的挠度变形和稳定承载能 力不会有显著影响， 在钢结构工程实践中可以采用。 2 根据 G B 5 0 2 0 5用于矫正的加热温度应严格控制， 以免 钢材发生温度脆化现象。火焰矫正时， 对 Q 2 3 5 钢材可以用水冷 却以提高矫正效果， 给水冷却的温度应在 6 0 0 C以下进行 ， 但对 Q 3 4 5钢材则只能自然冷却，防止加速冷却造成钢材明显脆性 化。同时还应注意 ， 环境温度过低不宜进行火焰矫正， 这同样是 为了防止钢材脆性化。 3 矫正处烤火面积在一个截面上不得过大 ， 要多选几个 上接 5 9页 及时进行制止 并整改 。 E垒 工 Q 工程技术 截面， 同时宜用点状加热方式， 以改善加热区的应力状态。 4 火焰矫正不可多次重复， 在首次火焰矫正完成后， 已形 成特定的残余应力模式，非火烤区域的残余应力的回弹会抵消 重复火焰烘烤的效果， 因此火焰矫正应由有经验的技工， 仔细制 定好操作方案， 避免多次重复矫正。 5 对于薄腹板波浪形鼓曲变形采用火焰矫正很难奏效， 有不少工人采用火焰加锤击的办法 ，这对于轻钢薄板构件尤为 不可， 因薄腹板处于残余压应力下的屈曲状态， 这种屈曲具有凹 凸双向跳跃型特征， 对凸面采用锤击可能产生反向屈曲， 不能解 决问题反而留下密密麻麻的锤印， 不可取， 对腹板鼓曲变形难以 矫正的情况加设加劲肋是保证构件承载能力的最有效的补救办 法 。 7结论 火焰矫正的同时也会引起内应力。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。因此在大型厂房钢 构件制作中正确的掌握火焰矫正方法，不仅能够解决各种复杂 结构的焊接变形， 减少返工， 还能提高生产效率， 节约生产成本， 保证产品质量。 参考文献 1 G B 5 0 2 0 5 2 0 1 2 钢结构工程施工质量验收规范 [ s ] ． 2 G B 5 0 6 6 1 2 0 1 1 9 结构焊接规范9 [ S 】 ． 3 S H ／ T 3 5 0 7 2 0 1 1 油化工钢结构工程施工质量验收规范 [ s ] ． 4中国机械工程学会焊接学会编虢 悍 接手册* 一材料的焊接 5中国机械工程学会焊接学会编她 晖 接手册 一焊接结构 收稿 日期 2 0 1 5 -0 1 -1 6 6结束语 0 6 Ni 9 DR钢现场预制工艺的应用，极大地提高了 L NG接 收站工程的施工进度，通过在山东 L NG项 目和广西 L NG项目 的成功应用 ，可缩短工期 6 0 d ，一套设备可同时满足 4台 L NG 储罐 内罐壁板 的预 制 ，通过与 国外预 制完毕进 口的钢 板质量进 行对比， 各项指标控制均满足设计要求， 并且优于进口钢板 ， 实 现了 0 6 Ni 9 DR钢现场预制工艺国产化的突破。 参考文献 1 油化工钢制低温储罐技术规范 G B ＼ T 5 0 9 3 8 2 0 1 3 2广西液化天然气 L NG 项 目接收站 1 6 0 0 0 m3 L N G储罐内罐制造、 焊 接， 安装和检验技术条件 收稿 日期 2 0 1 5 -0 9 -1 0 石 油 化 工 建 设 2 0 1 5 ．0 5 I 67 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m