论火焰矫正技术在钢结构中的应

论火焰矫正技术在钢结构中的应用一、前言 目前，钢结构已在厂房建筑中得到广泛的应用，钢结构厂房的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。这些构件在制作过程中都存在焊接变形的问题，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。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，使其达到符合产品质量要求，实践证明，多数变形的构件是可以矫正。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。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。二、火焰矫正的原理 在一般情况下，用火焰矫正各种焊接变形时，必须考虑被加热区的应力状态，若加热区为拉应力，则不但达不到预期效果反而会有相反的作用。所以，加热前应人为地采用撑、压、拉和利用结构本身的自重等办法来造成加热区的压应力，以达到矫正变形的目的。金属具有热胀冷缩的特性，其力学性能也随温度而变化。钢结构的构件金属材料一般为低碳钢，而低碳钢的屈服点s与温度的关系如图1虚线所示，一般可简化为如实线所示，即当加热温度在500以下时，屈服点基本无变化，当加热温度在600以上时屈服点s降到零。 在金属结构上局部加热时，加热区的金属膨胀碰到周围冷金属的阻止，不能自由的膨胀，某些部位的金属被塑性压缩。冷却过程中，利用残留的局部收缩使金属结构获得所需要的变形以达到矫正的目的。例如:我厂在曹妃甸物流中心仓库桥式起重机工程中，起重机的主梁下挠和旁弯的矫正，实际上等于在加热区的中心加上一个虚拟的纵向压力，此偏心压力造成对主梁截面中性层的偏心力矩。在这个偏心力矩的作用下，使主梁产生向加热区相反方向的弯曲变形。当加热部位确定以后，矫正变形量的大小则取决于加热时产生压缩塑性变形量的大小。由于低碳钢的屈服点在600以上近似等于零，所以火焰矫正温度一般取700800，也就是温度加热到钢材表面颜色呈樱红色。若为了增大压缩性变形量，在加热时可采用机械矫正的方法（如顶、拉、压、自重）施压外力，以增大加热区的压应力。三、火焰矫正的原则 火焰矫正的方法有可能使金属结构内部的残余应力增大，特别是加热区冷区后，存在较大的拉应力。所以，在采用火焰矫正金属结构变形时，应遵循如下原则：a. 严禁在金属结构的同一部位反复加热矫正。否则，矫正效果不大，还可能引起加热部位金相组织的变化或屈服强度的降低。b. 对于主要结构梁、柱、撑，应避免使变形相互抵消的火焰矫正。例如：不应在主梁的同一断面上、下部位布置对称的加热区。c. 火焰加热后不允许用浇水等方法进行快速冷却，以免使钢材的材质变脆，应采用加热后自然冷却的方法。d. 由于火焰矫正是一项经验性很强的工作，所以选择的加热区应分批地、分步骤地进行，并且应进行多次的观察、测量，以免造成矫正过大而不得不进行反向矫正。四、举例说明火焰矫正曹妃甸物流中心仓库的双梁桥式起重机箱形主梁的火焰矫正1、火焰矫正前的准备工作a. 根据主梁的焊接变形的程度，测量出主梁下挠、旁弯和腹板波浪变形的尺寸，分析造成变形的原因，然后确定矫正区的工艺顺序及加热部位。b. 将超平的马登按照主梁的长度放好并固定，把需要矫正的主梁放在马登上面，做好支撑固定使其平稳不晃动。准备好施工工具。 如图示c. 矫正前，在主梁的下弦中部吊一线锤距离主梁上弦盖板100mm处，做好记录。如图示2、加热区的布置a. 焊接结束后，由于影响主梁变形的因素甚多。所以，加热区的数量和部位，可根据主梁的焊接变形情况粗略地确定下来，在火焰矫正时可分批地进行加热。如图示b. 值得注意的是，尽管越靠近主梁的跨度中心，矫正的效果越好，但是尽量不要在跨度中心的3米范围内布置加热区。否则工作应力和矫正残余应力相互叠加，可能引起应力重新分配，产生永久变形。c. 为了避免矫正应力和焊接的固有应力相互叠加，加热区应离开大加筋板，位于腹板波浪的凸起部分或其邻近处，不要选在凹陷处，这样的方法可以在修复上拱度的同时可以将波浪变形修复。d. 矫正的加热点数比较多时，各加热点之间要保持一定的距离，各加热点之间的距离应大于1米的距离。3、加热面积的确定如图示 主梁下盖板上带状加热面积为b*B，式中B为下盖板宽，b为加热区宽度，常取b=80mm100mm，当焊接变形比较严重使得下挠值较大时b取大值。b值太大即加热面太宽，工艺操作较困难，很难使整个加热面在短时间内均匀的加热到所需的温度。反之，加热面太窄，虽然容易操作，但是变形量小，矫正的效果差。对于主梁腹板的三角形加热面，其底面宽度与下盖板的加热面宽度b相同，高h取腹板高度的1/41/3，不可超过腹板高度的一半。4、加热温度控制加热所需的设备普遍采用氧气乙炔火焰中压设备。矫正工艺的关键在于正确掌握加热温度，为了使受热部位成为热塑区又不发生金相组织的改变，所以加热温度应控制在700800为宜。因为低碳钢在300500的蓝脆温度范围内容易脆裂，而超过800时其金相组织又不会发生变化，只有在700800的温度范围内屈服点趋于零，矫正效果最好。加热温度可根据钢板颜色来判断，700时呈现暗红色，800时呈现樱红色。5、操作方法根据主梁焊接变形的程度，按照上述原则选定加热区的位置和加热面积后，在矫正过程中要核对选定的规范是否准确。如加热区的分布图所示，各加热区的加热次序分批进行加热。先对1、2、3、4处进行烤热到800时，待冷却后测量拱度的变化，然后决定第二批的5、6、7、8处是否要修改加热面积与部位。在实际的工作过程中，多观察、多测量是很有必要的，以免造成矫正量过大而又不得不进行反向矫正。此主梁的加热区的压应力是利用主梁自身的重量产生的，根据主梁变形的程度经过测量数据没有施加外加的机械力量。当火焰的焰心距离被加热钢板2mm4mm是具有最高的火焰热效率。焰炬与钢板的倾角选为60°90°较好。当倾角60°时有效热功率最大。加热下盖板时由两名工人在加热宽度的中央由两边同时向中央加热一窄条，然后由窄而宽向两边扩展，枪嘴在宽度方向作“带状”横向摆动，枪嘴的移动速度根据加热钢板的颜色来进行控制并应均匀。当发现凹陷现象时，应将枪嘴移动到凹陷处周围的平板处（仍在加热区内）加热，加热温度控制在500600的范围内，按照颜色来说近似为红色。加热深度不超过板厚的2/3，待凹陷消除以后，枪嘴再回到原处均匀加热至700800。当发现加热区凸起时，枪嘴与钢板之间的角度应为90°。如果加热区的温度已经到达要求的温度，如果仍有凸起时，可用手锤打平。当下盖板带状加热区均匀加热到700800以后，两个枪嘴可同时移动到两侧腹板的三角形加热区，也可以根据变形需要，用一个枪嘴先烤凸弯的地方，另一个枪嘴在下盖板往复几次保温。当经过下盖板与腹板的连接焊缝时，火焰移动速度应慢一些，枪嘴在腹板加热区的移动速度应快一些，此外，枪嘴不宜在一个位置上停留时间过长，应经常移动，以便观察温度的变化。五、后记火焰矫正引起的应力与焊接产生的应力是同时存在着，不正当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加，会使得柱、梁、撑的应力超过允许的应力值，所以在可用机械矫正的条件下，尽可能选用机械矫正，或者采用合理的工艺措施减少焊接变形的产生。必须选择火焰矫正时应引起几点注意事项：1、加热区的位置不得在主梁的最大应力截面附近；2、加热区的面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；3、宜采用均匀受热的方法，以改善加热区的应力状态；4、加热区的温度一定要控制在700800范围之内。所以按照上述矫正方法，对主梁的挠度、旁弯的修复，获得了满意的效果，对于起重机主梁的挠度、旁弯变形曲线为非均匀、平滑的，火焰矫正法有其独特之处。 / 文档可自由编辑打印