钢结构矫正就是通过外力或加热作用,使钢材较短部分的纤维伸长:或使较长部分的纤维缩短,最后迫使钢材反变形,以使材料或构件达到平直及一定几何形状要求,并符合技术标准的工艺方法。
矫正的分类:按加工工序分有:原材料矫正、成型矫正、焊后矫正等。
按矫正时外因**分有:机械矫正、火焰矫正、高频热点矫正、手工矫正、热矫正等。按矫正时温度分有:
冷矫正、热矫正等。
火焰矫正的原理。钢材受热以1.2×10-5(摄氏度)的线膨胀率向各个方向伸长。
由于周围物体对受热处物体的限制,受热物体受到压缩,当冷却时就会比原来的长度有所减少,故收缩后的长度比未受热前有所缩短。这种特性就为火焰矫正提供可能。用此法矫正时,在适当位置对构件进行火焰加热,当构件冷却时即产生很大的冷缩应力,达到矫正变形的目的。
火焰矫正常用方法及温度控制。火焰矫正常用的加热方法有点状加热、线状加热和三角加热三种。点状加热根据结构特点和变形情况,可加热一点或数点。
线状加热时,火焰沿直线移动或同时在宽度方向作横向摆动,宽度一般约为钢材厚度的0.5~2倍,多用于变形量较大或刚性较大的结构。三角形加热的收缩量较大,常用于矫正厚度较大、刚性较强的构件的弯曲变形。
火焰矫正工艺规程。进行火焰正确操作要遵守一定的工艺规程,一般可按如下工艺规程进行操作:1做好矫正前的准备,检查氧、乙炔、工具、设备情况,选择合适的焊炬、焊嘴。
2了解矫正的材质,及其塑性、结构特性、刚性,技术条件及装配关系等,找出变形原因。3用目测或直尺、粉线等测量变形尺寸,确定变形大小,并分析变形的类别。4确定加热位置和加热顺序,考虑是否需加外力。
一般先矫正刚性大的方向和变形的部位。5确定加热范围、加热温度和深度。一般对于变形的工件,其加热温度为600~800摄氏度,焊接件的矫正加热温度700~800摄氏度。
6检查矫正质量,对未能达到质量要求的范围进行再次的火焰矫正。矫正量过大的应在反向进行火焰矫正,直至符合技术要求。
注:此方案参考资料,《建筑钢结构施工手册》,中国钢结构协会编著,中国计划出版社出版。
目前,钢结构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,还会降低工程的安全可靠性。
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。
1 钢结构焊接变形的种类与火焰矫正。
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。下面介绍解决不同部位的施工方法。
以下为火焰矫正时的加热温度(材质为低碳钢)
低温矫正 500度~600度冷却方式:水。
中温矫正 600度~700度冷却方式:空气和水。
高温矫正 700度~800度冷却方式:空气。
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。
1.1翼缘板的角变形。
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。
1.2柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲。
一、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。
二、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。
1.3 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度。
2 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。
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