预防和矫正H型梁焊接变形的探讨

张书海 曲直

摘 要：H型钢具有强度高、质量轻、耐用性好等优点，在各种大型结构中被越来越广泛地采用。然而H型钢的焊接变形问题是常见又很难解决的问题，文章结合工程实际，探讨H型钢焊接变形的预防和矫正。

关键词：H型钢；变焊接变形；形预防；矫正措施

近几年随着科技和生产的发展，在钢构件的制作安装中，H型钢的使用相当广泛。H型钢具有优越的结构型式和良好的力学性能而成为钢结构的主要架构模式，广泛应用于工业和民用建筑中。在H型梁的制作过程中，焊接变形成为整个制作过程最突出的问题，因此焊接变形控制是H型钢制造质量的关键。文章通过H型梁焊接变形的问题机理分析，并结合理论与生产中的实践经验，总结出避免焊接变形的方法，与大家共同研究。

1 产生焊接变形的原因分析

H型梁在焊接过程中焊接热场的不均匀性是产生焊接变形的最主要原因。由于焊接时局部被加热到融化状态，在该焊区产生压缩塑性变形，焊缝金属在凝固和冷却过程中，体积要发生收缩，而其他部位有阻止其收缩，因而使焊件产生变形和焊接残余应力。由于焊接结构的焊缝分布不同等因素可产生收缩变形、扭曲变形、角变形、弯曲变形、波浪变形等，H型梁焊接变形主要有：角变形、扭曲变形和弯曲变形。

角变形：角变形发生的根本原因是横向收缩变形在厚度上的不均匀分布。焊缝正面的变形大，背面的变形小，这样就造成了构件平面的偏转，既形成翼板角变形。

扭曲变形：由于焊件装配质量不好，H型钢搁置不当，焊接顺序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲变形，但根本原因还是由于焊缝的纵向收缩和横向收缩所致。

弯曲变形：由于温度在翼板或腹板上分布不均匀引起翼板或腹板的纵向收缩而产生的。腹板两边受热不均匀，导致兩边收缩量不一致，产生弯曲。

2 焊接变形的预防措施

影响焊接变形的原因多方面，如焊接方法、接头形式、坡口角度、装配间隙、对口质量、焊接速度、H型钢的自重等。

2.1 设计合理的焊接结构

合理的焊接结构是保证焊接的工作量最小，是控制焊接变形的第一步。首先应选择合理焊缝形式和尺寸，其次尽可能减少不必要的焊缝，使焊接工作量最小，最后应合理安排焊缝的位置，避免焊缝大量集中，增大焊接应力。

2.2 采取适当的工艺措施

2.2.1 下料的控制

下料时有两个方面要注意问题：焊接时有1%收缩余量，所以下料时应该考虑到焊接收缩余量；二是在下料时有可能腹板旁弯，导致H型钢向上拱起，因此要控制腹板下料时的切割变形。

2.2.2 反变形法

依据经验和理论计算，预先对焊件变形的大小和方向做出估计，将焊件反向压弯或者焊接时施加反向外力使之变形。反变形法仅仅适用长度较短的薄板，在大型H型梁生产中应用不多。

2.2.3 刚性固定法

刚性大的焊件焊接后变形一般都比较小，而刚性比较小的焊件需要采用专用夹具以提高焊件刚性，来减小变形。这个方法防止H型梁的角变形、扭曲变形效果好。在焊接结束时，焊件工作温度冷却到室温后，才可去掉刚性固定。

2.2.4 热调整法

焊接变形主要是不均匀加热造成的。若焊接线进行预热，可减少焊接热影响区的温度和结构的温度差降低不均匀加热的程度，就会有利于减少焊接变形。减小受热区宽度的措施有：小电流快速不摆动代替大电流慢速摆动焊接，小直径焊条代替大直径焊条，多层焊代替单层焊，用氩弧焊焊和埋弧焊代替手工焊等。

2.2.5 选择合理的焊接顺序

收缩量大的焊缝应当先焊，如果一个焊件既有对接焊接又有角焊接缝，应该先焊对接焊缝，后焊角焊缝；对于复杂的结构，可将焊件适当地分为不同部分，分别装配焊接，然后再组焊成整体，使得焊缝能相对自由地收缩，这样H型钢的变形量会小一些。

3 焊接变形的矫正

矫正应遵循两个原则：（1）矫正位置要正确，必须分析焊件变形的原因和焊件之间的内在联系，弄清楚各个焊件之间的相互关系。（2）矫正顺序要正确。先矫正主要变形，后矫正次要变形，多种矫正方法同时使用时，要注意几种方法的先后顺序。

3.1 机械矫正法

机械矫正就是利用外力使H梁产生与焊接变形方向相反的塑性变形，施加反作用力。

3.1.1 型钢矫直机

型钢矫直机常用于翼板的角变形，主要作用是矫直型钢可能出现的翼缘内并、外扩、扭转等缺陷，对型钢矫直机产生的矫枉过正问题进行重视。

3.1.2 锤击法

用圆头小锤敲击焊缝金属，能促使焊缝及其周围压缩性变形区域的金属得到适当延展，以补偿焊缝的缩短，以达到消除焊接变形的目的。

3.2 火焰加热矫正法

火焰矫正法是利用火焰使H型钢不均匀受热，从而获得反向的变形，来补偿或抵消原来的焊接变形，从而达到使H型钢恢复正确形状、尺寸的目的。火焰加热矫正法常用的加热方式有点状加热、线状加热和三角形加热。加热矫正能消除很多机械矫正无法解决的变形，掌握火焰局部加热引起的变形的规律是做好矫正的关键，而加热的位置和加热温度则影响火焰矫正的效果，参见表1各种颜色可判断温度范围。

针对不同的变形采用相应的矫正方法：（1）对翼板所产生角变形最好采用线状加热，在焊缝背面翼板中间处加热，加热宽度应小于焊角宽度，热深度不应超过板厚，火焰作直线运动，形成一个加热带，加热温度在500～600℃为最好，一次没有完全矫平的，可再加热，直到矫平为止。（2）对于H型钢的弯曲变形，一般采用三角形加热法，对水平板进行矫正，加热位置选定在翼板外凸起的一侧。（3）拱变形矫正，在腹板上进行三角形加热，加热位置应依据实际变形情况而定，如果矫正结果没有达到预期的效果，可以反复多次进行矫正，直到处矫正结果达到使用要求。

火焰矫正是一项技术性很强的操作，不恰当的矫正产生的矫正应力可能会使H型梁纵应力超过允许的应力，从而降低承载的安全系数。所以要结合结构特点和变形情况，确定加热方式、加热位置，并能根据经验判断加热区的温度，才能获得满意矫正效果。

4 结束语

文章首先对H型梁焊接变形原因进行了分析，并根据适当的工艺控制尽量减少、减小变形，最后针对可能出现的几种变形，提出了矫正措施，以达到减少H型梁焊接变形的目的。通过科学合理的焊接工艺，提高焊接质量。

参考文献

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[2]高忠民.电焊工基本技术[M].北京：金盾出版社，2000.

[3]王文翰.焊接技术手册[M].河南科学技术出版社，2004.