机车车体钢结构焊接变形的火焰矫正方法

机车车体钢结构焊接变形的火焰矫正方法

申小军

中车兰州机车有限公司    甘肃兰州 730050

摘要：根据多年经验，结合国内同行相关资料。目前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。火焰矫正是钢结构制作过程中解决焊接变形常用的一种方法，本文重点介绍了钢结构焊接变形火焰矫正方法的施工工艺。

关键词：火焰矫正    焊接变形   钢结构矫正

一、背景意义

目前，钢结构已在机车车辆中得到广泛的应用。而机车车辆中钢结构的主要构件是焊接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，还会影响机车车辆的安全可靠性。

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的。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。本文对钢结构焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗略的分析。
二、钢结构焊接种类与矫正方法的选择

 钢结构由于它重量轻、强度高、韧性和塑性好、加工制作方便等诸多优点，已在厂房建筑中得到广泛的应用。而钢结构厂房的主要构件是H型钢柱、梁、撑。尽管近年来国产热轧H型钢产量不断增加，但也满足不了设计的特殊需要。所以，一些H型钢构件还需要焊接。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题，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。

钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：（1）线状加热法；(2)点状加热法；（3）三角形加热法。

表一：为火焰矫正时的加热温度（材质为低碳钢）

注意事项：火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16Mn在高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。

1.柱、梁、撑的角变形

矫正H型钢柱、梁、撑角变形。在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下），注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。线状加热时要注意：（1）不应在同一位置反复加热；（2）加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。

2.柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲

在翼缘板上，对着纵长焊缝，由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，较难掌握。翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度一般取20—90mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复。
注：以上三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正。加热时应采用中温矫正，浇水要少。

3.柱、梁、撑腹板的波浪变形

矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤矫正。加热圆点的直径一般为50～90mm，当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大，可按d＝（4δ＋10）mm（d为加热点直径；δ为板厚）计算得出值加热。烤嘴从波峰起作螺旋形移动，采用中温矫正。当温度达到600～700度时，将手锤放在加热区边缘处，再用大锤击手锤，使加热区金属受挤压，冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力。矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，方法同上。为加快冷却速度，可对Q235钢材进行加水冷却。这种矫正方法属于点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。注意温度不要超过750。
三、结语

火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加，会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低。因此在钢结构制造中一定要慎重，尽量采用合理的工艺措施以减少变形，矫正时尽量可能采用机械矫正。当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点：

1.烤火位置不得在主梁最大应力截面附近；

2.矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；

3.宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态；

4.加热温度最好不超过700度。

参考文献

(1)中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册［M］.北京：中国计划出版社,2002.

(2)金属材料与热处理  中国社会劳动保障出版社

(3)内燃机车大修规程汇编  中国铁道出版社2011年.北京