H型吊車梁變形因素控制及矯正

1、H型吊車梁變形因素控制及矯正緒 論為了便于生產(chǎn)，現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)廠房基本上都會(huì)安裝室內(nèi)吊車（也稱之為行車），吊車梁是吊車行走的路基，吊車就是通過軌道在吊車梁上來回行駛的。所以，吊車梁的平面度和承載能力直接關(guān)系著吊車是否能平穩(wěn)運(yùn)行的重要的條件。盡管焊接在鋼結(jié)構(gòu)制作過程中已經(jīng)成為必不可少的工藝方法，但焊接技術(shù)仍決定于人們的技藝與經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)楹附邮且粋€(gè)局部快速加熱到高溫，并隨后快速冷卻的過程，焊接過程中的物理現(xiàn)象包括焊接時(shí)的電磁、傳熱、金屬的熔化和凝固、冷卻時(shí)的相變，焊接應(yīng)力和變形等。因此焊接時(shí)，結(jié)構(gòu)因種種因素致使焊接接頭處產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這些內(nèi)應(yīng)力超過母材屈服強(qiáng)度的時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生形狀上的變異（俗稱

2、焊接變形）。常見的變形的種類有：收縮變形、彎曲變形、扭曲變形、角變形、錯(cuò)邊變形、波浪變形等幾種。吊車梁因腹板厚度較薄，焊縫較多且高度集中，如果焊接時(shí)不采取有效的工藝措施，在焊接后會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，甚至產(chǎn)生扭曲變形。彎曲變形可以通過冷矯正或火焰矯正等工藝措施來解決，相對(duì)比較容易操作。扭曲變形的矯正工作是比較困難的，如果矯正工藝不當(dāng)，會(huì)降低吊車梁的使用穩(wěn)定性，甚至?xí)斐烧麄€(gè)構(gòu)件的報(bào)廢。退一步講，即使最終可以將變形矯正到合格狀態(tài)，也會(huì)大大增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。目 錄1 H型吊車梁焊接變形分析- 3 -2 H型吊車梁焊接技術(shù)措施- 4 -2.1 H型鋼下料、拼裝、定位焊接- 4 -2.2 H型鋼焊

3、接- 5 -2.3 連接板、加勁肋板的拼裝- 6 -2.4 連接板、加勁肋板的焊接- 6 -2.4.1 焊接方法及焊接工藝參數(shù)- 6 -2.4.2 加勁肋板與翼緣板的焊接- 7 -2.4.3 加勁肋板與腹板的焊接- 7 -2.4.4 焊腳尺寸- 8 -3 H型吊車梁變形的矯正方法- 9 -3.1角變形矯正- 9 -3.2上拱與下?lián)霞皬澢某C正- 10 -3.3腹板波浪變形的矯正- 10 -4 火焰矯正時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)- 10 -5 火焰矯正存在的問題- 11 -6 結(jié)束語- 13 -1 H型吊車梁焊接變形分析圖1為吊車梁焊縫布置圖，圖2為吊車梁彎曲變形圖，圖3為吊車梁扭曲變形圖。從圖1中可以看出

4、吊車梁腹板厚度較薄，(一般5噸的吊車梁腹板厚度為6mm，10噸的吊車梁腹板厚度為8mm)焊縫較多且高度集中。圖2 的彎曲變形是由于加勁肋板焊接時(shí)沒有對(duì)稱施焊致使吊車梁翼緣板兩側(cè)受熱不均而產(chǎn)生的。圖3 扭曲變形是由于焊接時(shí)溫度場不均勻的分布，在焊縫區(qū)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，隨著焊接溫度的增加最終內(nèi)應(yīng)力超過了腹板的屈服強(qiáng)度，迫使腹板產(chǎn)生形變，在形變的過程中受翼緣板和加勁肋板的拘束，最終造成了扭曲變形。圖1吊車梁焊縫布置圖圖2 吊車梁彎曲變形圖圖3 吊車梁扭曲變形圖2 H型吊車梁焊接技術(shù)措施2.1 H型鋼下料、拼裝、定位焊接幾何尺寸（包括焊接收縮余量，切割余量）長度偏差不大于±3mm，上、下翼板

5、的不直度不大于±5mm，腹板上、下邊緣不直度不大于±5mm，高度不大于±2mm，部件劃線精度控制在2mm，對(duì)角線不大于3mm,火焰切割割紋深不大于1mm，所有劃線和下料后及組對(duì)前必須進(jìn)行尺寸復(fù)核，并做必要休整，確保組對(duì)的精確度。采用組對(duì)機(jī)將翼緣板和腹板組對(duì)成H型鋼，定位焊縫采用與母材相匹配的焊接材料，定位焊縫長30-40mm，厚度小于等于5mm，兩定位焊縫間隔小于等于350mm。焊接材料選擇見表1 定位焊縫焊接材料選用表。組對(duì)時(shí)，應(yīng)保證腹板的垂直度偏差小于等于0.5°，且不應(yīng)采取強(qiáng)制裝配的手段進(jìn)行組對(duì)。表1 定位焊縫焊接材料選用表母材鋼號(hào)母材規(guī)格焊材型號(hào)

6、焊材規(guī)格Q235 、Q3453ER49-1、ER50-61.0、1.22.2 H型鋼焊接采用埋弧焊進(jìn)行H型鋼縱向焊縫的焊接。為了防止埋弧焊接時(shí)吊車梁腹板被燒穿，在正式施焊前用半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊將縱向焊縫進(jìn)行填焊，填縫焊接后再進(jìn)行埋弧焊接。埋弧焊接時(shí)為了防止H型鋼產(chǎn)生側(cè)向彎曲，采取對(duì)稱焊接，焊接順序見圖3 H型鋼焊接順序圖，焊接工藝參數(shù)見表2 H型鋼焊接參數(shù)表。2 H型鋼焊接參數(shù)表母材鋼號(hào)焊接方法焊接道次焊材牌號(hào)焊材規(guī)（直徑）焊接電流（A）電弧電壓（V）焊接速度（cm/min）線能量Q235、Q345GMAW填縫ER49-1、ER50-61.0、1.2160-26024-3026-4018Q

7、235SAW蓋面HJ431-H08A450-55028-3535-4822-25Q345SAW蓋面HJ431-H08MnA450-55028-3535-4822-25圖3 H型鋼焊接順序圖1-2-3-42.3 連接板、加勁肋板的拼裝H型鋼焊接完成并冷卻到室溫后再進(jìn)行連接板、加勁肋板的拼裝焊接。定位焊縫質(zhì)量與H型鋼定位焊縫要求相同,且同一接頭中定位焊縫的數(shù)量不應(yīng)少于3條。加勁肋版厚度較?。ㄍǔ?mm-8mm）所以在加工后會(huì)出項(xiàng)彎曲現(xiàn)象，應(yīng)該在拼裝前將其矯直后再進(jìn)行拼裝焊接。2.4 連接板、加勁肋板的焊接 因?yàn)楦拱遢^薄，焊縫高度集中，所以焊接加勁肋板是必須采取有效措施，否則可能會(huì)產(chǎn)生扭曲變形，具

8、體措施如下： 焊接方法及焊接工藝參數(shù)采用半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊配合小線能量的工藝參數(shù)，降低熱量的輸入同時(shí)提高生產(chǎn)效率。焊接工藝參數(shù)見表3 小線能量焊接工藝參數(shù)表3 小線能量焊接工藝參數(shù)母材牌號(hào)焊材型號(hào)焊材規(guī)格焊接電流(A)電弧電壓(v)焊接速度（mm/min）線能量Q235 ER49-1、ER50-6、E501T-11.2240-26028-30280-32017Q345ER50-6、E501T-11.2240-26028-30280-320172.4.2 加勁肋板與翼緣板的焊接施焊前將吊車梁放置在平整的工作臺(tái)上，如果吊車梁放置不平會(huì)增加彎曲變形產(chǎn)生。采取分中對(duì)稱法進(jìn)行施焊，分中對(duì)稱施焊的目的

9、使吊車梁的翼緣板兩側(cè)同時(shí)受熱，相互抵消焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，這樣就能有效避免彎曲變形的產(chǎn)生了。焊接順序見圖4 加勁肋板與翼緣板焊接順序圖。圖4 加勁肋板與翼緣板焊接順序圖 加勁肋板與腹板的焊接施焊前吊車梁必須放置在平整的工作臺(tái)上，如果吊車梁放置不平會(huì)增加彎曲變形和扭曲變形產(chǎn)生。加勁肋板與腹板的角焊縫采取分中、對(duì)稱、跳焊法進(jìn)行施焊。分中、跳焊施焊的目的是避免熱量集中產(chǎn)生變形，對(duì)稱施焊的目的是相互抵消焊接時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。焊接順序見圖5 加勁肋板與腹板焊接順序圖。圖5 加勁肋板與腹板焊接順序圖 焊腳尺寸為了降低焊接熱輸入量，加勁肋板與腹板和加勁肋板與翼緣板的角焊縫盡量采用較小的焊腳尺寸，從而避免過大的焊

10、接線能量，一般情況焊腳尺寸大于或等于較薄母材的0.7倍且不小于6mm。因?yàn)榈踯嚵旱纳弦砭壈搴鸵砭壈宓膶挾炔煌?，通常為上翼緣板寬于下翼緣板，所以在焊接加勁肋版與腹板的角焊縫時(shí)應(yīng)使角焊縫處于水平位置或少有下坡位置進(jìn)行試焊，從而降低焊縫余高和焊接熱輸入量。 3 H型吊車梁變形的矯正方法我們?cè)谛熊嚵汉附拥倪^程中采取一定的措施控制其變形量，但變形依然存在。如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結(jié)構(gòu)整體安裝，還會(huì)降低工程的安全可靠性。焊接變形超過技術(shù)設(shè)計(jì)允許變形范圍，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行矯正，使其達(dá)到符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。矯正方法都是設(shè)法制造新的變形來達(dá)到抵消已發(fā)生的變形，在生產(chǎn)過程中，普遍應(yīng)用的矯正方法主要有機(jī)械矯正、火

11、焰矯正和綜合矯正，對(duì)于已焊接成型的吊車梁發(fā)生變形的矯正方法經(jīng)常采用1）線狀加熱法，2）點(diǎn)狀加熱法，3）三角形加熱法三種火焰矯正方法。3.1角變形矯正H型鋼梁在構(gòu)件加工過程中往往會(huì)在埋弧焊接完成后經(jīng)過矯正機(jī)進(jìn)行矯正來處理角變形，但還有個(gè)別原因（如缺少矯正機(jī)、工人疏忽忘記矯正等）未能矯正。因此在焊接完成后采用縱向線狀加熱法進(jìn)行火焰矯正。角變形采用在翼緣板上面（對(duì)準(zhǔn)焊縫外）縱向線狀加熱（加熱溫度控制在650度以下），注意加熱范圍不超過兩焊腳所控制的范圍，所以不用水冷卻。線狀加熱時(shí)要注意：（1）不應(yīng)在同一位置反復(fù)加熱；（2）加熱過程中不要進(jìn)行澆水。3.2上拱與下?lián)霞皬澢某C正翼緣板上作線狀加熱，在腹板

12、上作三角形加熱。用這種方法矯正彎曲變形，效果顯著。在翼緣板上，對(duì)著縱長焊縫，由中間向兩端作線狀加熱，即可矯正彎曲變形。為避免產(chǎn)生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進(jìn)行。可采取低溫矯正或中溫矯正法。橫向線狀加熱寬度一般取2090mm。板厚小時(shí)，加熱寬度要窄一些，加熱過程應(yīng)由寬度中間向兩邊擴(kuò)展。線狀加熱最好由兩人同時(shí)操作進(jìn)行，再分別加熱三角形,三角形的寬度不應(yīng)超過板厚的2倍，三角形的底與對(duì)應(yīng)的翼板上線狀加熱寬度相等。加熱三角形從頂部開始，然后從中心向兩側(cè)擴(kuò)展，一層層加熱直到三角形的底為止。3.3腹板波浪變形的矯正矯正波浪變形首先要找出凸起的波峰，用圓點(diǎn)加熱法配合手錘矯正。加熱圓點(diǎn)的直徑一般為5090

13、mm，當(dāng)鋼板厚度或波浪形面積較大時(shí)直徑也應(yīng)放大，可按d（410）mm（d為加熱點(diǎn)直徑；為板厚）計(jì)算得出值加熱?？咀鞆牟ǚ迤鹱髀菪我苿?dòng)，采用中溫矯正。當(dāng)溫度達(dá)到600700度時(shí)，將手錘放在加熱區(qū)邊緣處，再用大錘擊手錘，使加熱區(qū)金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生過大的收縮應(yīng)力。矯完一個(gè)圓點(diǎn)后再進(jìn)行加熱第二個(gè)波峰點(diǎn)，方法同上。為加快冷卻速度，可對(duì)Q235鋼材進(jìn)行加水冷卻。這種矯正方法屬于點(diǎn)狀加熱法，加熱點(diǎn)的分布可呈梅花形或鏈?zhǔn)矫茳c(diǎn)形。4 火焰矯正時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)火焰矯正引起的應(yīng)力與焊接內(nèi)應(yīng)力一樣都是內(nèi)應(yīng)力。不恰當(dāng)?shù)某C正產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與焊接內(nèi)應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力迭加，會(huì)使柱、梁、撐的縱應(yīng)力超過允許

14、應(yīng)力，從而導(dǎo)致承載安全系數(shù)的降低。因此在鋼結(jié)構(gòu)制造中一定要慎重，盡量采用合理的工藝措施以減少變形，矯正時(shí)盡量可能采用機(jī)械矯正。當(dāng)不得不采用火焰矯正時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）、加熱位置不得在主梁最大應(yīng)力截面附近；（2）、矯正處面積在一個(gè)截面上不得過大，要多選幾個(gè)截面；（3）、宜用點(diǎn)狀加熱方式，以改善加熱區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)；（4）、加熱溫度最好不超過700度?；鹧娉C正的溫度 ： 以下為火焰矯正時(shí)的加熱溫度（材質(zhì)為低碳鋼）低溫矯正500度600度 冷卻方式：水中溫矯正600度700度 冷卻方式：空氣和水高溫矯正700度800度 冷卻方式：空氣5 火焰矯正存在的問題火焰矯是利用鋼材熱脹冷縮原理針對(duì)變形的構(gòu)件局

15、部火烤得到矯正。顯然，火烤之后對(duì)鋼材本身會(huì)帶來影響，必須注意以下幾個(gè)存在問題：  一、火烤之后的不均勻收縮必然會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，其殘余應(yīng)力分布規(guī)律是火烤區(qū)域有拉應(yīng)力，非火烤的區(qū)域有與之相平衡的壓應(yīng)力。安裝后，在荷載作用下，殘余應(yīng)力與外荷載應(yīng)力相疊加，大大提前進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，這意味著剛度退化，撓度加大，穩(wěn)定承載能力也會(huì)受一些影響，因而在鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中應(yīng)盡量避免對(duì)構(gòu)件受力平面內(nèi)的彎曲進(jìn)行火焰矯正。如果梁是側(cè)向旁彎，則在梁的上、下翼緣的同一側(cè)邊火烤，則上、下翼緣都存在自相平衡的殘余啦、壓應(yīng)力，與外荷載應(yīng)力疊加后，上、下翼緣一邊提前進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，另一邊則有鮑辛格效應(yīng)在金屬塑

16、性加工過程中正向加載引起的塑性應(yīng)變強(qiáng)化導(dǎo)致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現(xiàn)塑性應(yīng)變軟化（屈服極限降低）的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是包辛格(JBauschinger)于1886年在金屬材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)將金屬材料先拉伸到塑性變形階段后卸載至零，再反向加載，即進(jìn)行壓縮變形時(shí)，材料的壓縮屈服極限(s)比原始態(tài)（即未經(jīng)預(yù)先拉伸塑性變形而直接進(jìn)行壓縮）的屈服極限(s)明顯要低（指絕對(duì)值）。若先進(jìn)行壓縮使材料發(fā)生塑性變形，卸載至零后再拉伸時(shí)，材料的拉伸屈服極限同樣是降低的。，推遲進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，因而對(duì)構(gòu)件在荷載作用下的撓度變形和穩(wěn)定承載能力不會(huì)有顯著影響，在鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中可以采用。二、根據(jù)GB50205用于矯正的加熱溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，以免鋼材發(fā)生溫度脆化現(xiàn)象?；鹧娉C正時(shí)，對(duì)Q235鋼材可以用水冷卻以提高矯正效果，給水冷卻的溫度應(yīng)在600以下進(jìn)行；但對(duì)Q345鋼材則只能自然冷卻，防止加速冷卻造成鋼材明顯脆性化。同時(shí)還應(yīng)注意，環(huán)境溫度過低不宜進(jìn)行火焰矯正，這同樣是為了防止鋼材脆性化。 三、火焰矯正不可多次重復(fù)，在首次火焰矯正完成后，已形成特定的殘余應(yīng)力模式，以后如果再多次重復(fù)同樣的矯正，就不再有效了，因非火烤區(qū)域的殘余應(yīng)力的回彈會(huì)抵消重復(fù)火焰烘烤的效果。因此火焰矯正應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的技工，仔細(xì)制定號(hào)操作方