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火焰矫正方法在钢结构中的应用

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人气:-发表时间:2016-05-25 10:02【


近年来 随着我国经济的快速增长和钢铁冶炼技 术的不断进步以及钢结构形式的不断改进 钢结构在 各行业中得到了广泛的应用 但是 在钢结构制造 安装过程中由于多种原因会引起构件的变形 其中 由焊接引起的变形最为突出 这使得对变形要求较 严格的钢结构件 如起重设备 港口机械等 就必 须要解决有关焊接引起变形的问题 因为焊接变形 可以降低产品的抗疲劳特性 引起产品装配困难等 不良后果 有时焊接变形可以直接导致产品的报废

因此, 如何来减少钢结构件的变形是各生产厂家所 关注的重点内容。

 

1      焊接变形的常用矫正方法及火焰矫正的优点

在制造、 安装钢结构中采用各种不同的方法来预 防、 减小焊接变形常用方法有以下几种: ①刚性固定 法; ②反变形法; ③散热法; ④选择合理的装配焊接 顺序; ⑤确定合理的焊接热输入; ⑥选择合理的焊接 坡口形式;  ⑦选择合理的焊缝尺寸和焊缝布置位置;

⑧选择合理的构件截面; ⑨尽量减少不必要的焊缝 等。 但是在实际生产中还是或多或少地会产生焊接变 形。 如果此时的变形量超过了相关标准或技术图样的 要求。 则必须对产品进行矫正, 以满足相关技术、 标 准的要求。 在工程中常用的矫正方法有:

(1) 手工矫正法: 采用手锤等工具, 锤击变形构 件的适当位置, 从而使变形量减小, 但是由于手工锤 击力量有限, 所以, 手工矫正只适用于薄板、 变形小 的构件。

(2) 机械矫正法: 利用机械力使构件变短的部位 伸长, 产生合量的塑性变形, 从而使变形部件达到相 关技术标准要求。 机械矫正法可以比较精确地矫正变 形, 但一般要求有专门的压力机和相关专用工具。

(3) 火焰矫正法: 利用气体燃烧放出的热量对变 形构件的局部进行加热, 使其产生塑性变形, 使伸长 的部位在冷却时局部收缩, 利用收缩产生的变形来抵 消焊接引起的变形, 从而达到相关技术标准要求。

在上述 3 种方法中以第 3 种方法应用最为广泛。 这是因为它有如下优点:

(1) 设备简单、 操作方便。 火焰矫正工艺只需气 焊工常用的焊炬和氧乙炔设备, 部分平台、 平尺及简 单的工具和量具。

(2) 效率高、 速度快。 火焰矫正是利用金属本身 的热胀冷缩特性, 在很短时间内, 使其产生很大的应 力变形。

(3) 质量高。 用锤打方法矫正变形, 往往使工件 变形不均匀。 表面锤痕累累、 凹凸不平, 尤其对已经 精加工的零部件就更不宜采用。 用火焰加热矫正, 可 使工件表面光洁无痕, 不影响外观质量。

(4) 经济效果好。 当有些零部件用其他方法难以 矫正时, 则可用火焰矫正法矫正。 从设备、 人力、 时 间、 质量上比较, 其经济性是任何其他矫正方法无法 比拟的。 可在几分钟内或几小时内将变形矫正好。

(5) 适用性强。 火焰矫正可用在产品的制造、 安 装等场合, 矫正可在生产车间进行, 也可在施工现场

进行。

当然火焰矫正也有其不足之处, 如手工火矫要求 操作工人的经验比较丰富, 自动化加热火矫的设备比 较昂贵。

2 火焰矫正在工程中的应用

专门用于港口货物运输的吊装机由箱式立柱、 拉 杆、 主梁、 端梁、 导轨及控制室等部分组成。 主梁的 外形尺寸主要取决于最大起重载荷、 跨度等的要求。

某公司生产的这种港口吊装机所用的材质是 St52.4, 板厚 20 mm。 主梁长度是 40 m (由两各长 20 m 的梁组成), 高 2 m, 横隔板的四周全部焊接。 因 该主梁的长度较长, 所以主梁的上盖板和腹板在焊接 组装后很难达到技术标准要求。 因此, 一般在焊接、 组装后, 要对超标部分进行矫正。 而此类构件只能用 火焰矫正。 当然, 在火矫的同时, 可以用机械力 (如 使用千斤顶等工具) 辅助矫正。

2.1     影响火焰矫正效果的主要因素

(1) 加热位置

它是火矫成败的关键 。 如果加热位置选择不正 确, 不仅起不到矫正的作用, 反而会加重已产生的变 形。 因此, 加热位置的选择必须使构件产生变形的方 向和与由焊接引起的变形方向相反。 因此, 对于上述 主梁的矫正也要在此原则下进行。

(2) 加热区形状

加热区的形状有点状、 条状和三角形 3 种。 点状 加热主要用于薄板的矫正; 条状区加热主要用于矫正 变形比较大或刚性较大的构件; 三角形加热多用于矫 正发生弯曲变形的焊接构件。 根据 3 种加热区形状的 适用范围和本产品的特点选用条状加热区。

(3) 加热温度

加热区的温度必须高出相邻未加热的部位, 且使 受热金属的膨胀受阻, 产生压缩塑性变形。 一般钢结 构的加热温度控制在 500~800 ℃之间。 工件的温度可 采用温度测量仪或根据钢铁的颜色变化来控制, 在工 程实际中通常用后者, 不过要求火矫工具有这方面丰 富的经验。 按火焰矫正的加热温度可以分为低温矫 正、 中温矫正和高温矫正 3 种。

火焰矫正时加热温度不宜过高, 否则会引起金属 变脆、 影响冲击韧性。 如 16Mn 等低合金钢在高温矫 正时不可用水冷却 , 包括厚度或淬硬倾向较大的钢 材 。 因为本产品的材质是 St52.4 ( 相 当 于 我 国 的 16Mn)。 板厚为 20 mm, 结构刚性比较大。 所以矫正 温度选在 600 ℃左右。

2.2 影响火焰矫正效果的次要因素

影响火矫效果的次要因素比较多, 如气焊炬喷嘴的口径、 气焊炬数量、 加热方法、 冷却介质等的选择。

(1)   气焊炬喷嘴的口径

气焊炬喷嘴口径大, 则加热功率大, 矫正变形量大; 反之, 矫正变形量小。 喷嘴口径有 5 种型号, 由 小到大依次为 1#~5#。 对于不同厚度的板, 矫正时的 加热温度不同, 所采用的喷嘴大小也不同。 喷嘴号与 板厚、 加热温度存在一定的对应关系, 根据有关参考 文献及本产品的厚度, 选用 4# 喷嘴。

(2) 气焊炬的数量

一般要考虑材料厚度 、 结构刚度和变形量等因 素。 一般对厚度<15 mm 的板或变形量比较小的构件 用一个就可以; 对于厚度大的板材或刚性比较大的构 件, 矫正时可用 3 个或多个气焊炬一起加热。 对于本 产品, 选用一个气焊炬加热和 3 个气焊炬一起加热 2 种形式, 对于后一种形式要将 3 个气焊炬固定在小车 上。 每个气焊炬的距离根据经验确定为 80~100 mm 之间。 这是因为:

①一般在同一处不易多次用火焰矫正; 在实际生 产中, 多数情况下一次矫正很难使变形度达到有关技 术、 标准要求。 这就需要二次、 三次……矫正, 这样 就给下次矫正留有足够的空间。

②因希望火焰加热得到类似于楔形热影响区。 如果将 3 个气焊炬的间距缩短, 这样会使它们 各自加热的热影响区相互叠加, 在气焊炬之 间的区域将会被整体加热, 这样得不到想要的楔形热 影响区, 进而影响火矫的效果。

(3) 加热方法

①火矫应该先在有加强肋或横隔板的位置矫正, 然后, 再矫正无加强肋或横隔板的部位; 若反之, 则 后矫正的会对前面矫正的效果产生不良影响 (在矫正无加强肋或横隔板的部位时,  应先从变形的中间开始矫正)

火焰加热不应该是沿着一个方向连续进行, 而 是应该断续进行, 即加热 150~300 mm 后, 中间留有 100~150 mm 的间隔。 如果是第 2 次矫正, 必须待板 完全冷却后过一段时间进行。

③对于内凹变形量比较大的地方, 可以在火焰矫 正的同时用千斤顶辅助矫正。

④对于需要多次矫正才能达到要求的部位, 其加 热方法应根据不同的位置和不同的变形采用不同的加 热方法。

3 结论

火焰矫正因其使用方便 、 经济性强等优点而被 广泛应用于钢结构生产、 安装等领域。 但是, 火焰 矫正与焊接一样也会使构件产生内应力 。 不恰当的 矫正方法产生的内应力与焊接内应力迭加会使总应 力超过材料的许用应力, 从而降低产品的安全系数。 因此, 在钢结构生产、 安装过程中一定要尽量采用 一切办法来减小变形。 在确定用火焰矫正时应注意 以下几点:

(1) 首先要了解被矫正产品的材质 , 一般焊接 性好的材料都能采用火焰矫正。 如低碳钢、 低合金

钢等, 不仅可以采用火焰矫正, 而且当结构刚度不 大、 加热温度不是太高时可用水来急冷 , 以提高生 产率。

(2) 矫正前要分析产生变形的原因 , 以便确定 正确的矫正位置。  矫正位置不得在主梁最大应力截

面附近。

(3) 矫正一般采用中性焰, 如加热范围比较小时 可以采用氧化焰, 不得采用还原性火焰。

(4) 火矫过程中对于有淬硬性倾向或刚性很大的 构件, 不宜采用水冷方法。

(5) 一般火矫过程中加热温度不宜超过 800 ℃。