焊接H型钢薄腹板起鼓变形原因分析与质量控制

纪华亭

摘    要：通过薄腹板起鼓变形的原因分析，从钢板切割变形、焊接应力变形以及焊后变形矫正三个方面去解决焊接H型钢薄腹板的起鼓变形，使焊接H型钢外观几何尺寸满足设计及规范要求，保证产品质量。

关键词：焊接H型钢薄腹板;变形原因;质量控制

1  前言

日常生产中在加工腹板厚度≤6mm、截面高度>600mm的焊接H型钢时，由于钢板自身内应力和远离焊缝区的压缩应力超过了钢板失稳的临界应力值而导致腹板产生波浪变形，严重影响构件的外观质量。矫正变形不仅费工、费时，而且往往难以达到规范的技术要求。

工艺人员通过长期的生产实践，在钢结构理论的基础上进行了系统整合，采取火焰矫正的同时避开兰脆温度区段在火圈周围施以锤击矫正，达到了快速矫正的目的。

2  薄腹板起鼓变形原因分析与对策

一是由于钢板自身内应力和远离焊缝区的压缩应力超过了钢板失稳的临界应力值而导致单板产生起鼓变形;二是由于热胀冷缩的原因导致腹板残余应力无法释放，从而产生起鼓变形。

根据变形情况将变形区域分成几个区段，各区段用线状加热法由两侧向中央进行加热或在变形最高点周围施以点状加热与锤击相结合进行矫正方法，使腹板平面度满足设计及规范要求。

3  制定工艺措施及控制

控制变形措施分为切割应力控制、焊接应力控制和焊后变形矫正三个过程控制措施。

3.1  消除切割应力控制变形的措施

3.1.1  切割时钢板变形的控制

钢板起始端切割时切割口应留30mm的连体，中间每隔2000mm留10mm的连体不切，依此类推直至全部切完。切割后料条之间仍相连，当自身存在的残余应力和切割应力得到控制后，再用手工割枪将连体逐个切开，以此来控制应力变形。

3.1.2  锤击消除钢板轧制和切割残余应力

将腹板至于整张厚板上（厚度约30mm），用锤（一般以5kg为宜）击法沿切割边纵向两侧一锤挨一锤进行击打，一直锤击到头，在消除切割应力后再进行H型钢组对。

3.2  焊接应力的控制措施

3.2.1  定位焊缝的工艺控制

根据实践经验，定位焊尽量少焊，以减少应力。因此焊缝长度应控制在50mm、间距应按500mm、焊缝高度不得超过实际焊缝高度的2/3，以此来控制定位焊接应力，在整体焊接完成后变形量较小。

3.2.2  埋弧焊接参数控制

根据焊接规范以及日常实践的经验，腹板δ≤6mm的焊接参数见表1。通过较小的焊接热输入，获得较小的焊接变形。

3.2.3  焊接过程控制

埋弧焊接时构件放置应平稳，施焊时中途不得随意停止，焊接方向应始终为同一方向。

3.3  焊后变形的矫正措施

虽然型钢焊接之前进行了变形控制，但焊接压应力导致薄腹板失稳而产生的波浪变形还是会发生。腹板起鼓变形分为几种情况：一是小范围的波浪变形;二是较大面积的波浪变形，对这两种方法前者适宜用点状加热予以矫正;后者适宜线状加热予以矫正。

3.3.1  小范围内起鼓变形

当起鼓高度不大于腹板厚度时，可在凸面顶点向外进行点状加热，加热点直径约为40mm左右;当起鼓高度大于腹板厚度时，在板材产生变形的地方，可在沿最高处的周围布以点状加热，当火焰温度到800℃（淡红色）时可在加热区周围锤击，锤击时可沿凸起部位的两侧平整的地方开始，逐步向凸起处围拢，使塑性变形区的金属延伸，恢复原来的长度。同时加热区内金属在冷却过程中要产生收缩，其收缩的趋势使变形长度缩短，于是变形挠度f也随之减小。随着加热温度的下降，锤击也渐轻缓。锤击的位置由加热附近移至加热中央位置，但加热下方必须用厚钢板衬好，以免敲瘪钢板。加热至暗红色时停止锤击，待冷却至40-50℃（手触摸无烫感）时复行锤击，以彻底消除其内应力。

3.3.2  大范围的起鼓变形

可将变形范围分成几个区段，各段内用线状加热法由两侧向中央进行加热。若是低碳钢加热的同时可以在空气中冷却或喷水急冷，使变形尽快恢复。

3.4  关键工序的质量控制措施

（1）火焰矫正时不能直接布置在变形最高点上，而应从变形小的地方开始向变形大的地方进行，这样可逐步减小变形最高处的挠度。

（2）点状加热点直径过大，易使火圈表面皱折;直径过小，会使周围刚性过大而产生很大的局部平面应力，甚至造成龟裂。

（3）矫正时不得在兰脆区段（200℃～400℃）進行锤击，为避免出现锤击伤痕应在锤击处加设锤垫。

4  结语

大截面焊接H型钢在轻钢结构厂房工程屋面梁方面应用较多，研究其制作工艺减小腹板起鼓变形，使其平面度满足工程需要工艺人员积极研究和探讨，助推工厂技术进步。

参考文献：

[1] GB 50205钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2] 建筑钢结构施工手册.中国钢结构协会编著.