钢结构焊接变形矫正方法探讨

吕哲　陈鹏

摘 要：钢结构连接普遍采用焊接，焊接时在局部加热、融化过程中，加热区的金属与周边的母材温度相差很大，产生焊接过程中的瞬应力，冷却至原始温度后，由于应力的作用而产生变形。文章主要介绍了钢结构在焊接中会产生热形变以及为了矫正焊接变形一般所采用的三种矫正方法，即机械矫正、火焰矫正以及综合矫正，并对每种方法的优缺点、适用范围及注意事项等都做了说明，在工作中，我们应根据实际情况，合理的选用适当矫正方法。

关键词：钢结构；焊接变形；机械矫正

1 前言

现如今钢结构广泛应用于工厂以及桥梁等的建设中，钢结构以其强度高，建造速度快的优势，得以广泛应用。钢结构主要采用H型钢柱，并以焊接连接。由于焊接过程是通过高温熔化焊条或其他焊接物进行连接的，要产生很高的温度，因钢柱主要材质是钢材，总是会受到温度的影响，在焊接产生的高温下会产生变形，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，令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。

通常情况下，当焊接变形超出许用变形范围时需要对钢结构进行矫正，使钢结构能够满足安装的需求。经工程实际检验，大部分焊接时导致的变形是可以矫正的。矫正一般是通过对钢结构产生新的形变来完成的。一般需要矫正时只要使用以下三种方法：机械矫正法、火焰加热矫正法和综合矫正法。但是火焰加热矫正法由于对温度的控制和方法的掌控较难，是一种较难操作的方法。下文将简要介绍变形类型和矫正方法。

2 火焰加热矫正法

钢结构的主要构件是H型钢柱、梁、撑。火焰矫正法通过高温将需要矫正的部位加热到软化状态，用金属加热不均产生的局部变形来抵消已经发生的变形，不需要用到复杂的工具，仅需普通气焊就可完成。工程中多用以下几种方法矫正：（1）点状加热法；（2）三角形加热法；（3）线状加热法。不同的部位要采用不同的方法。

下面就以低碳钢为例列举具体的加热温度及冷却方式。

加热温度 可用冷却方式

500度～600度 水

600度～700度 空气和水

700度～800度 空气

注意：加热时要掌握火候，温度不到无法矫正，也不能温度过高进而导致钢材性能下降，在利用加热矫正的同时，也可在加热过程中施加外力矫正从而提高矫正效果。火焰矫正加热点有两种冷却方法：水冷却和自然冷却，采用水冷却可以使矫正收效快，并且矫正量大于自然冷却的矫正量，低合金钢千万不可突然冷却，因为会对钢材的内部分子发生变化，只能自然冷却。

3 机械矫正法

机械矫正法是通过使用工具来使钢构件产生一定的形变来使构件能够达到可用范围，可以使用千斤顶、螺旋拉紧器和压力机等简单工具就可完成。

3.1 矫正型钢

在焊接前，对所需钢件先要进行检查，通过目视看和用直尺量的方法来检测，钢件的两端要用端头铣床将端部进行平头切割及端部铣平。

3.2 立柱校正

用钢柱做立柱时，在钢柱通过吊装摆放好后还需要检查摆放是否到位，通过检查立柱的垂直度就可以实现，简易观察可用放吊线锤的方法，如需精确测量可使用经纬仪。如果立柱不垂直，用千斤顶将立柱倾斜的一端抬起，然后放入垫铁或铁片等，如一次不能到位，可多试几次直至将立柱调整到位，当调整到位后使用地脚螺栓压紧压死后检测钢件垂直度、高度，确认无误后在立柱脚底板下浇筑混凝土固定。

3.3 钢梁校正

钢梁用于连接立柱使钢结构成为一个整体，钢梁安装到位后需沿轴线和垂直方向进行检测，如有偏差用千斤顶和倒链来完成校正，在校正完成后立即将其固定。

4 综合矫正法

综合矫正就是以上几种方法单独使用不能或无法完全矫正到位，需要把以上几种方法综合使用从而能够达到预期，综合矫正是通过在安装前对钢构件做一些前期准备，在施工时使用一些技巧保证安装到位以及在焊接后使用机械法和火焰矫正法共同作用，以上就是综合矫正法。

5 焊接变形种类及火焰矫正实例

5.1 翼缘板产生的角变形

H型钢翼缘板是指两块平行的板，在对翼缘板进行焊接时，由于翼缘板下是空的，焊接时产生的高温会使翼缘板局部受热不均从而容易形成角变形，当出现角变形时，应当沿着翼缘板上面（对准焊缝外）沿着纵向进行线状加热（温度控制在650℃以下），注意加热范围要控制在两焊脚之间的范围内。矫正时要注意以下两个方面：（1）不应在同一位置反复加热；（2）因水火冷却的矫正量要大于自然冷却的矫正量所以加热时不要进行浇水冷却。

5.2 焊接造成柱、梁、撑的挠度弯曲

（1）在翼缘板上，由于高温会造成板子产生弯曲，而要矫正这一弯曲变形只需要由中间向两端作线状加热。而当沿着一面翼缘板进行加热时可能会产生弯曲和扭曲变形，而为了避免这一情况，需采用两条加热带要同步进行的方法。这种方法在减少焊接内应力的同时还会造成翼缘板在纵向和横向同时有收缩，很难把控。

（2）当钢结构的柱、梁、撑产生弯曲变形时，可以采用在翼缘板上作线状加热，腹板上作三角形加热的方法来消除弯曲变形，加热最好由两人同时进行从中间向两边移动移动距离一般离中间20～90mm，当翼缘板比较厚而且比较小时，加热移动的距离可以适当加大，这样就能达到解决弯曲的目的，当在翼缘板上加热完毕后再分别在腹板上作三角形加热，加热的宽度不得超过板厚的2倍。加热应从顶部开始，然后当移动到中心时再向两侧移动，按照上述方法重复直到加热到底为止。加热时要注意温度，温度不能过高否则将造成凹陷变形。

注：上面的加热方法也可以对旁弯构件进行矫正。

5.3 柱、梁、撑腹板的波浪变形

薄板焊接后母材受压应力区由于失稳而使板面产生翘曲形成的波浪变形，当柱、梁、撑腹板产生波浪变形时，可以采用加热凸起波峰然后用手锤敲打的方法进行矫正，以波峰为圆心以50～90mm为直径采用画圆加热的方法，边加热边用手锤进行敲打，如变形的面积过大或钢板厚度过厚其直径也应放大，直径可按公式（1）算出：

d=（4δ+10）mm（d为加热点直径；δ为板厚） （1）

加热嘴以波峰为圆心以顺时针方向画螺旋线，将加热温度保持在600℃～700℃，当温度达到时采用将榔头放在最大直径处，通过锤击打榔头，使加热区金属受挤压，冷却收缩后即可被拉平，冷却应等待空气自然冷却，不可为追求速度强制冷却而产生过大的收缩应力，Q235钢材可进行加水冷却。当需要矫正的点过多时，应按照上述方法按顺序一个一个矫正，不可为了追求速度，对多个点同时展开矫正，以免不同点同时矫正产生影响。

6 结束语

不论是火焰矫正还是焊接都一样是产生内应力。如果操作不当，会使它们产生的应力和负载的应力迭加，从而超过允许的应力范围，从而使钢结构的安全性下降，钢结构的载荷安全系数降低。通过对焊接变形的研究，掌握其变形规律，并在实践中总结出各类参数，在焊接前采用一些预防性措施和科学合理的焊接工艺，可提高工程质量，避免一些焊接后变形的矫正工作，提高工作效率。

参考文献

[1]姜焕忠.焊接方法及设备[M].北京：机械工业出版社，1991.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[S].北京：机械工业出版社，2008.endprint