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1、箱形梁焊接變形的控制和火焰矯正方法南毅摘要：本文分析火焰矯正焊接變形的原理，具體結(jié)合到鋼結(jié)構(gòu)箱形梁的制作,闡述裝配焊接的合理工藝、焊接變形的控制和矯正方法。關(guān)鍵詞火焰矯正的原理焊接變形的控制和矯正。1.前言箱形結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于高層鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)中。目前箱形梁生產(chǎn)線已經(jīng)推廣使用,但是對(duì)于箱形尺寸過(guò)大、或者箱形梁本身需要起拱的復(fù)雜結(jié)構(gòu)還是要采用人工組立制作的方法（使用胎架和工裝夾具）。這樣在裝配焊接過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生焊接變形問(wèn)題，而且難于使用機(jī)械矯正。焊接箱形梁發(fā)生了超出技術(shù)要求所允許的變形應(yīng)設(shè)法矯正。各
2、種矯正變形的方法實(shí)質(zhì)上都是設(shè)法采用新的變形去抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。當(dāng)不具備機(jī)械矯正條件時(shí)，可以采用火焰矯正。本文針對(duì)箱形結(jié)構(gòu)焊接變形的原理，矯正方法和焊接變形的控制作一個(gè)具體的分析。2.氣體火焰矯正的原理當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)上部局部加熱時(shí),加熱區(qū)的金屬熱膨脹受到周圍冷金屬的約束,不能自由變形,某些部位的被塑性壓縮。冷卻后,殘留的局部收縮使結(jié)構(gòu)獲得了矯正所需要的變形。而且,金屬具有熱脹冷縮的特性,機(jī)械性能隨溫度而變化。溫度在500℃以下，屈服極限基本無(wú)變化；溫度高于600℃時(shí)屈服極限接近于零。溫度在500℃～600℃之間
3、時(shí)呈線性變化。應(yīng)用這些原理和特點(diǎn)，利用加熱和冷卻的方法對(duì)鋼材進(jìn)行彎曲及矯正，下面具體分析熱加工的原理。2.1點(diǎn)狀加熱(縮短矯平)對(duì)較薄鋼板進(jìn)行加熱時(shí),因板較薄,表面熱量很快傳遞到內(nèi)側(cè),高溫貫通整個(gè)板的橫剖面,冷卻時(shí),上下表面冷卻相同,中和軸上下側(cè)的冷卻收縮力也相同,所以加熱時(shí)上下表面膨脹部分留下來(lái),從而造成整個(gè)板縮短,但并沒(méi)有彎曲。如圖2-1所示。圖2-1點(diǎn)狀加熱收縮過(guò)程縮短加工加熱點(diǎn)位置相對(duì)固定。使板內(nèi)外同被加熱（通常也稱為針灸法）。這種方法一般用于矯正薄板波浪變形。62.2線狀加熱(實(shí)現(xiàn)彎曲)線狀加熱法
4、又稱熱彎板法，在鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)被廣泛采用。加熱彎曲原理如圖2-3所示，鋼板被加熱后，離加熱點(diǎn)最近處的表面溫度上升最快，膨脹也最快，周圍所受的熱影響較小，膨脹也很小，加熱停止后，溫度向周圍擴(kuò)散，被加熱部分開(kāi)始冷卻，形狀也漸次恢復(fù)，但因表面與空氣接觸，熱散失快。因而使表面被加熱部分還未恢復(fù)原狀就已經(jīng)固定下來(lái)。圖2-2線狀加熱冷卻收縮過(guò)程隨著冷卻過(guò)程的繼續(xù)，在中和軸上側(cè)的高溫開(kāi)始收縮，其收縮力使板向上彎曲，彎曲終止后鋼板兩端各縮短a/2，中間卻凸起體積a，這樣總體積不變，重量也不變。對(duì)鋼板用火焰沿直線方向移動(dòng)同時(shí)為
5、使加熱線增寬也可以作橫向擺動(dòng)，形成長(zhǎng)條形加熱。2.3加熱溫度和火焰的選擇火焰矯正所用的氧-乙炔混合比應(yīng)為1：1.05～1:1.25之間的中性焰或者氧化焰,但要避免采用碳化焰,過(guò)量的乙炔分解為游離狀態(tài)的碳和氫,如果加熱速度較慢,對(duì)被加熱的金屬有滲碳作用?；鹧娉C正加熱溫度表3-1分類加熱溫度（℃）低碳鋼顏色冷卻介質(zhì)低溫矯正中溫矯正高溫矯正500～600℃600～700℃700～800℃在亮處微紅色暗紅色淺桃紅色水空氣空氣2.3.1低溫矯正由于噴水,冷卻速度快,火焰矯正效率高,根據(jù)屈服極限與溫度的關(guān)系,在這個(gè)溫度
6、下,金相組織和機(jī)械性能基本不變。國(guó)外采用這種方法的有日本等，我國(guó)采用的不多。2.3.2中溫矯正溫度在600～700℃時(shí)屈服極限δS更接近零值,火焰矯正的效果較低溫矯正時(shí)要高一些。加熱溫度仍在相變溫度以下，金屬組織沒(méi)有相變，因此金屬的性能也變化不大6中溫矯正法在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較普遍。2.3.3高溫矯正的溫度范圍內(nèi)存在金屬組織的相變,但由于Q235鋼和Q345鋼等鋼材在空氣中冷卻后,仍然可得到退火組織,其機(jī)械性能變化也不大。但是如果加熱溫度過(guò)高，會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大，冷卻后得不到細(xì)化，則會(huì)增加金屬的脆性，降低沖擊
7、韌性。特別要注意對(duì)Q345鋼等低合金結(jié)構(gòu)鋼，加熱至相變溫度下不得使用水冷，否則將會(huì)產(chǎn)生低碳馬氏體，影響沖擊韌性。2.4火焰矯正對(duì)鋼梁承載力的影響根據(jù)研究結(jié)果,焊接內(nèi)應(yīng)力和火工矯正引起的應(yīng)力是一樣的,由于火焰加熱的范圍比較寬，溫度場(chǎng)分布比焊接溫度場(chǎng)平緩。因此通?；鸸こC正的應(yīng)力比焊接應(yīng)力小?；鹧娉C正的溫度可在較大范圍內(nèi)變化。不恰當(dāng)?shù)幕鸸こC正會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，與焊接應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力迭加，可能會(huì)造成鋼梁局部區(qū)域的總應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力而降低承載安全系數(shù)。避免在鋼梁受拉區(qū)進(jìn)行火工矯正，盡量在受壓區(qū)作加熱矯正。因此，在鋼結(jié)
8、構(gòu)制造中采用火焰矯正一定要持謹(jǐn)慎態(tài)度，只能作為矯正較小變形而采取的輔助措施。重點(diǎn)還是要采取正確的施焊次序和工藝措施。3箱形梁焊接變形的控制方法箱形梁焊接變形種類主要有（1）腹板波浪變形（2）鋼梁縱向的旁彎或起拱（3）蓋板伸出腹板部分的角變形。在實(shí)際制作中可以采用正確的施焊次序、利用外力對(duì)工件的影響減小焊接變形。3.1裝配焊接的次序3.1.1.將上蓋板放在平臺(tái)上,拉線檢查水平彎曲,如有彎曲要矯正,每塊筋板位置兩邊用
