王 俊 張德友

(江蘇省淮沭新河管理處 淮安 223005)

1 工程概況

淮陰閘閘孔電站上游攔污柵采用Q235槽鋼焊制長(zhǎng)5.86m、高1.8m的框架，中間三道腹梁。橫梁一側(cè)每10cm垂直焊接一道格柵(8mm×40mm扁鋼)?？紤]到一側(cè)集中焊接可能會(huì)出現(xiàn)變形，作業(yè)時(shí)采用定位焊固法，將攔污柵與鋼制平臺(tái)焊接固定，但焊接完成后12h后解除固定時(shí)，變形已經(jīng)產(chǎn)生，最大彎曲撓度2cm。

2 彎曲變形

在鋼構(gòu)件加熱過程中容易發(fā)生變形，變形形式主要有以下幾種:縱向變形、橫向變形、彎曲變形、角變形、褶皺變形、凹凸變形、扭曲變形以及畸變變形等。

在焊接作業(yè)中出現(xiàn)的變形主要是彎曲變形。特別是在焊接梁、柱、樁等時(shí)更為常見。而彎曲變形對(duì)結(jié)構(gòu)常常產(chǎn)生較大的影響。

2.1 變形成因

鋼板在加熱時(shí)受熱膨脹，但被周邊非加熱區(qū)阻擋，不能充分膨脹，產(chǎn)生壓縮塑性變形。因鋼板不太大，因此會(huì)在膨脹力作用下產(chǎn)生向下彎曲。冷卻后，加熱區(qū)鋼板進(jìn)行收縮，雖然加熱時(shí)沒有充分膨脹，但收縮時(shí)卻充分收縮，結(jié)果收縮到比原來還短的長(zhǎng)度，使鋼板發(fā)生向上彎曲。

2.2 變形狀況

如果焊件上的焊縫未在焊件的中心軸上，并且相對(duì)于中心軸不對(duì)稱，則焊接后焊件將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。如果焊縫集中在中心軸上方(或上方焊縫較多)則焊件焊后將產(chǎn)生下凹彎曲變形(見圖1)。

圖1 變形情況

圖2 變形撓度

在生產(chǎn)中，彎曲變形的大小由撓度f表示，如圖2所示。f是指彎曲桿件中心軸偏離原桿件未彎曲時(shí)的中心軸的最大距離。f越大，說明桿件彎曲變形越大。對(duì)于槽鋼等型鋼，f≤L/1000但不大于5mm。

2.3 影響因素

一般來說，構(gòu)件的彎曲變形與加熱引起的壓縮塑性變形區(qū)的寬度、加熱區(qū)離構(gòu)件斷面重心(或中心軸)的距離及構(gòu)件的抗彎剛度有關(guān)。加熱引起的壓縮塑性變形區(qū)寬度較大，造成的彎曲變形也較大;焊縫或火焰加熱位置不對(duì)稱于中心軸線，就容易造成彎曲變形;受熱部分越接近中心軸，產(chǎn)生的彎曲變形就越小;剛性是截面抵抗變形的能力，抗彎剛度越大，彎曲變形越小。

T形接頭雙面角焊縱向收縮產(chǎn)生彎曲變形的撓度估算公式為

式中 Fn——一條角焊縫的截面積;

e——焊縫塑形變形區(qū)中心至截面積中心軸的距離;

L——構(gòu)件長(zhǎng)度;

I——構(gòu)件截面積慣性矩。

3 變形的矯正

矯正變形的各種方法實(shí)質(zhì)就是設(shè)法造成新的變形以抵消殘余變形。在我國(guó)對(duì)型鋼彎曲變形矯正使用比較多的方法有錘擊矯正、熱矯正等。這里著重介紹熱矯正。

3.1 熱矯正的實(shí)質(zhì)

對(duì)大型構(gòu)件通常使用熱矯正，即氧—乙炔火焰作為熱源，也稱火焰矯正。其實(shí)質(zhì)是利用局部受熱的鋼材冷卻后收縮所引起的新變形抵消已有變形。它不僅適用于低碳鋼結(jié)構(gòu)，而且還適用于部分普通低合金鋼結(jié)構(gòu)。這些鋼經(jīng)熱矯正后，其機(jī)械性能基本上沒受影響。

3.2 熱矯正的火焰溫度

熱矯正的火焰，多采用中性一氧化焰，即氧氣與乙炔體積比為1.1～1.4，若欲使鋼材生產(chǎn)均勻收縮來達(dá)到矯正變形的目的，一般可采用1.1～1.2的中性焰，中性焰適合矯正10～30mm厚的鋼板;若欲使通過鋼材沿厚度方向溫度不均勻分布而產(chǎn)生不均勻收縮來達(dá)到矯正變形的目的，可采用1.3～1.4的氧化焰較快地加熱鋼材表面，氧化焰適合10mm以下厚度的鋼板。熱矯正時(shí)，溫度通常在600～800℃。對(duì)低碳鋼加熱溫度不宜超過800℃，溫度太高，鋼材會(huì)逐漸熔化而變軟，使鋼材遭到破壞。

3.3 熱矯正方法

變形矯正方法主要有點(diǎn)狀加熱、線狀加熱、三角形加熱三種。對(duì)于型鋼加熱一般采用三角形加熱(見圖3)。不論型鋼向哪個(gè)方向彎曲，三角形頂點(diǎn)應(yīng)在彎曲凹面的一側(cè)，底面在彎曲凸面一側(cè)的邊緣上，采用中性焰，加熱深度為翼緣的厚度。一般中部適當(dāng)多些，端部較少，三角形高度為型鋼高度的1/5～2/3。

圖3 三角形加熱法示意圖

3.4 熱矯正步驟

a.了解變形的情況。何種變形形式以及變形量大小。

b.分析變形的原因并確定矯正的順序。原則上先整體后局部，先角變形后凹凸變形。

c.根據(jù)情況分析選擇合適的矯正辦法。確定是否需要加重量和外力。有的變形單靠熱矯正很困難，往往需要借助額外輔助工具。

d.確定加熱源的數(shù)量和溫度，劃出加熱區(qū)域。加熱區(qū)域應(yīng)避免關(guān)鍵部位和同一部位反復(fù)多次加熱。

e.確定首次加熱區(qū)數(shù)量。首次加熱區(qū)數(shù)量要小于預(yù)計(jì)的總數(shù)。每次加熱須待自然冷卻至室溫時(shí)測(cè)量變形大小，再確定下次加熱區(qū)。嚴(yán)禁采用水冷。

f.矯正完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修整和檢查。矯正的效果必須在構(gòu)件完全冷卻后才可以檢查。

4 變形預(yù)防措施

針對(duì)鋼構(gòu)件彎曲變形，目前有很多有效的方法，但如果可以在作業(yè)前進(jìn)行各種準(zhǔn)備工作的籌備，就能夠規(guī)避或減少變形，這樣可以減少后期矯正的工作量。

a.選擇穩(wěn)定的構(gòu)件形式。變形不易被矯正的結(jié)構(gòu)型式盡量避免使用;盡可能采用現(xiàn)有型鋼和鋼板煨彎及沖擊，少用焊接;特別是預(yù)計(jì)到因焊接會(huì)引起變形不易矯正時(shí)，盡量考慮回避焊接，采用螺栓連接。

b.選擇合理的焊縫。對(duì)稱布置焊縫，以便焊縫產(chǎn)生的變形有可能相互抵消;盡量減少焊縫長(zhǎng)度。如果焊縫過長(zhǎng)，可以采取分段焊接等措施;焊縫避免過分集中，特別在一個(gè)狹小的區(qū)域內(nèi)更應(yīng)注意;平行的焊縫之間距離不宜太近。

c.焊接準(zhǔn)備工作。焊件放置要平穩(wěn)，要有足夠的支撐點(diǎn)，以防焊接過程中出現(xiàn)彎曲或扭曲。

d.減少焊接線能量。一般而言，焊接時(shí)線能量越小，焊后變形也越小。盡量采用小直徑焊條和小電流，焊接過程中要保持焊接溫度一致。

e.選擇合理的焊接順序。對(duì)稱焊接可以使引起的變形有效相互抵消;不對(duì)稱焊接，應(yīng)該先焊焊縫少的一側(cè);采用合理的斷續(xù)焊接。

斷續(xù)焊接一般針對(duì)焊縫較長(zhǎng)的焊件，當(dāng)焊縫在1.5m以上時(shí)主要采用逐步退焊法(見圖4)。

圖4 逐步退焊法示意圖

逐步退焊法將焊縫全長(zhǎng)分為若干段，各段依次焊接，使每段終點(diǎn)與前段起點(diǎn)重合。如果每段長(zhǎng)度不很長(zhǎng)，溫差就不會(huì)很大。這樣就改善了不均勻加熱和冷卻的程度，減少了焊后變形。每段焊縫一般約為10cm。

5 結(jié)語

對(duì)發(fā)生彎曲變形的攔污柵實(shí)施了三角形加熱和錘擊矯正。在彎曲凸面一側(cè)邊緣上采用中性焰加熱，形成高約5cm、底長(zhǎng)約8cm等腰三角形加熱區(qū)，中間每隔25cm設(shè)一加熱區(qū)，向兩側(cè)逐漸放寬間距。配合以錘擊矯正，使得最終最大變形撓度低于2mm，小于規(guī)范要求的5.0mm，攔污柵矯正成功。