桥梁钢结构单元件制造焊接变形的火焰校正工艺

桥梁钢结构单元件制造焊接变形的火焰校正工艺

苏智敏张华

武船重型工程股份有限公司湖北武汉430415

摘要：桥梁钢结构单元件制造中火焰矫正是常用工艺。本文针对单元件各类变形形式，介绍了火焰矫正原理，对加热顺序、位置、温度、形状，不同变形形式下采用的不同矫正方法、矫正工艺进行了阐述。

关键词：桥梁钢结构；单元件；变形；火焰矫正

0.前言

在桥梁钢结构制造中，单元件制作不可避免会产生焊接变形，其变形超过技术设计允许变形范围，如果焊接变形不予以校正，则不仅影响结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性。在无法或者无条件进行机械校正情况下，采用火焰校正法能消除焊接残余变形，使产品符合设计要求。火焰校正所需设备简单，操作方便，使用成本低，在桥梁钢结构生产过程中普遍应用。

1.火焰校正原理

火焰校正是利用火焰加热变形构件的局部位置，使局部金属受热膨胀受阻而产生压缩应力，当压缩应力超过加热金属的屈服点时，局部金属纤维产生塑性变形，从而达到校正的目地，金属受热会膨胀是因为金属晶格在受热时发生膨胀，而冷却时金属晶格收缩，金属也就发生收缩。火焰校正实质上就是利用金属局部受火焰加热后，冷却时的收缩所引起的变形，利用应力来微量修正金属的现状，去校正已经产生的误差。

2.焊接变形的几种形式

由结构焊接残余应力而引起的变形可归纳为角变形、翘曲变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形以及局部的突起、凹陷变形。以上变形产生的原因是由于焊接过程是一个局部的、不均匀的加热、冷却过程，钢材焊缝组织在快速冷却、冷却收缩过程中受到各个方面不同刚度的拘束，从而产生方向、大小不同的残余应力，这将导致钢结构产生尺寸误差即变形。

3.桥梁钢结构常见焊接变形及校正工艺

3.1角变形

桥梁钢箱梁板单元件上的U型肋在焊后易产生横向角变形，如图3.1-1，整个板单元件在横向发生弯曲，对此变形可在非结构侧采用线状火焰加热，如图3.1-2，火焰从一端走向另一端，并从两侧向中间逐条进行加热，校正前应用粉线弹出加热线，加热线对应于焊缝焊趾反面，加热宽度10-20㎜，可摆动前行，方向一致，由两把烘枪对两条加热线同时对称加热，烘烤温度控制在600-800℃，随后空冷，不得锤击，禁止浇水冷却，如果角变形量过大，可借助压重物放置于板单元件上进行预压，这样可提高校正速度，可进行2次校正，同一部位不宜超过2次以上的校正，否则将可能对钢板性能产生不利，使组织脆化。

图3.1-2

工字形杆件翼缘板焊后角变形如图3.1-3，矫正加热线对应于焊缝焊趾反面，加热方法和要求同上。

3.2跷曲变形

桥梁钢箱梁板单元件上的U型肋在焊后也易产生纵向跷曲变形，如图3.2-1，由于焊缝在纵向产生收缩，整个板单元件在纵向发生跷曲，对此变形可在板单元件结构侧U肋上采用三角状火焰加热，如图3.2-2，三角状尖角朝下至U肋底端如图3.2-3，三角状宽度为20-30㎜，可根据跷曲变形量大小而定，整个板件U形肋上均布三角状加热区，烘枪应从三角状尖角起逐步摆动至底边处，由2名火工从两端向中间逐条对称进行加热，校正前应用粉笔画出加热三角区，加热三角区原则上在纵肋上均匀布置，进行局部跷曲校正时可灵活运用，烘烤温度控制在600-800℃，随后空冷，不得锤击，禁止浇水冷却，如果跷曲角变形量过大，可借助压重物放置于板单元件上进行预压，以提高校正速度，也可进行2次校正。

3.3弯曲变形

由于一些板单元件上的加劲肋是不对称的结构布置，在焊后易产生纵向弯曲变形，如图3.3-1，整个板单元长边在纵向呈弧形，对此变形可在板边大弧形侧采用三角状火焰加热，如图3.3-2，三角状顶端朝内，底边在板边缘，三角形底边宽度可根据弯曲变形量大小而定，校正前应用粉笔画出加热三角区，加热三角区在板边缘均匀布置，由2名火工从两端向中间逐条对称烤火，进行局部弯曲校正时可增加加热三角区数量，烘烤温度控制在600-800℃，随后空冷，不得锤击，禁止浇水冷却。如果弯曲变形量过大，可进行2次校正。

由于焊接板单元件时焊接方向、焊接顺序不正确、或者焊前装配时就出现扭曲，在焊后出现扭曲变形，如图3.4-1，扭曲变形是焊接横向与纵向收缩的综合变形，单元件的扭曲变形采用对角线斜向加热法，加热线如图3.4-2，即在U型肋顶面与侧面加热，采用线状运枪，加热宽度10-20㎜，加热线的密度视扭曲程度而定，扭曲变形大则加热线应增加；工字型杆件扭曲变形主要由腹板扭曲造成，如图3.4-3，腹板扭曲校正后，整个杆件的扭曲即可校正，采用线状加热方法，加热线如图3.4-4，上述校正的加热温度控制在600-800℃，空冷，不得锤击，禁止浇水冷却。

3.5波浪变形

波浪变形易发生在小于10㎜的钢板或板边无加劲结构焊接件上，如图3.5-1，对此变形采用点、线状加热结合方式校正，并在板边变形处使用夹板对波浪施以压力，如图3.5-2所示，先用点或短线状加热凸出处A点，后用线状加热对板端部连续加热，在夹板压力的辅助作用下即可校正板边波浪变形；当波浪变形发生在板的其他位置时，可采用点状加热法消除，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形，如图3.5-3，矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，加热点的直径至少15mm，厚板加热点的直径要大些，变形量大的，点与点之间的距离应小些，一般在50~l00mm之间。加热过程中不能进行浇水，采用空冷。

4.结语

火焰校正方法是桥梁钢结构单元件制造后经测量发现局部误差时的一种修正工艺，火焰校正方法能矫正钢结构在制作过程中都存在的焊接变形问题，且设备简单，操作方便，使用成本低，火焰校正方法需一定的操作经验。

参考文献：

[1]TB10212-2009铁路钢桥制造规范[S]