箱型柱焊接变形的矫正工艺技术--中国期刊网

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箱型柱焊接变形的矫正工艺技术

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：高丞弘任佳博赵学涛

[导读] 摘要：北京国家会议中心二期项目中钢柱主要截面为箱型柱，箱型柱在焊接过程中会产生上拱、扭曲和旁弯变形。

        中建二局安装工程有限公司北京 100070
        摘要：北京国家会议中心二期项目中钢柱主要截面为箱型柱，箱型柱在焊接过程中会产生上拱、扭曲和旁弯变形。在无法进行机械矫正的基础上，通常会使用火焰加热的方式进行矫正，由焊接引起的应力和火焰矫正引起的应力都属于内应力，焊接内应力和不正确的矫正产生的内应力迭加，会使钢柱的内应力超过允许应力，就会使承载安全系数的降低。因此在钢柱的制造中要保证构件尺寸，需采用合理的工艺技术来控制变形。
        关键词：钢柱；火焰矫正；内应力；工艺技术
        1 工程概况
        国家会议中心二期项目（主体部分）位于北京市朝阳区奥林匹克中心区B25、B26地块。地上建筑主要功能为展览中心、会议中心、高端政务和商务峰会活动中心。建设用地总面积约92626.94平方米。其地下建筑主要功能为展览中心、停车场及附属配套设施。项目结构为一整体，建筑高度最高点52m，檐口高度55m，地下2层（含夹层3层），建筑高度约12.5m，地上3层（含夹层8层），建筑高度约55m。钢结构工程量约5万吨，地下室结构为框架结构，地下室首节柱和一些大截面钢柱都为组焊箱型柱。

        图一钢结构整体概况
        组焊箱型柱在组装焊接过程时，虽然使用合理的焊接顺序施焊，但是焊接过程中还是会因为加热的不均匀导致焊接残余应力和变形的产生，通常会根据钢板的材质特点使用机械或火焰矫正使变形后的钢柱达到符合要求的尺寸。此项目的箱型柱截面都比较大，对需要矫正的地方要求热量的面积很大，并且还要考虑焊接矫正后内应力大小对钢柱性能的影响。

        图二箱型柱
        2 工艺施工难点
        2.1加热区大小的控制
        加热区大小的控制，加热区域很大时会使冷缩后的变形幅度也很大，也会使矫正变形构件后产生负变形现象，但是加热区域太小也会让收缩幅度达不到要求，导致矫正后尺寸无法和要求相符合。
        2.2焊接内应力的把控
        大部分的焊接方法都是使用局部加热的方式，焊接内应力也会在这样的方法下产生。有的焊接内应力不但会引起工艺缺陷，在一定条件下，有时也会影响结构的强度、刚度和受压稳定性等。
        3 工艺技术要点
        3.1箱型柱矫正工艺技术
        焊接残余变形会导致很多种变形的产生，必须根据构件的变形确定加热区的形状。火焰矫正是通过使构件产生收缩变形，收缩变形的方向相反于焊接变形，通过使两次变形相互抵消，来达到使构件尺寸矫正的目的，所以火焰矫正中加热位置的确定要针对焊接变形的特点，要保证两次变形间的抵消效果。并根据加热区的不同几何形状，达到想要的矫正效果。
        热矫正采用丙烷火焰加热的方法，主要加热方式有点状加热、线状加热和三角形加热。
        点状加热，主要用于钢柱表面的凹凸变形和箱型侧面弯曲变形的矫正。根据上下翼缘板和腹板的厚度和变形情决定加热点的个数、大小和相互间的距离。加热点的直径为φ40～φ60mm，点与点的距离为80～200mm。
        线状加热，主要用于矫正正角变形、弯曲变形、畸变变形、扭曲变形等。线状加热的宽度宜取钢板厚度的0.5～2倍左右，但不宜超过40mm。对于10mm以下的薄板，不宜超过15mm。
        三角形加热，三角形加热多用于矫正弯曲变形。在弯曲箱型柱的凸侧加热，三角形的底边在弯曲面的凸侧边缘，顶点在弯曲面的凹侧，顶角一般为30°～60，其大小视构件尺寸和变形的具体情况而定。
        3.2工艺要求
        火焰矫正操作者必须是公司制定的、有多年矫正经验的工人。钢材加热过程中，操作人员应根据经验和实际测量值对矫正温度进行控制。
        表一

        火焰矫正前，应先对矫正区域的面积、大小进行划线标记。
        火焰矫直时热量可以仅影响产品表面，也可以穿越更深区域，乃至整个纵深。加热深度取决于拟修正量的大小。火焰本身必须锐利、局域化及瞬时。除了火焰的锐度外，其精确定点性能也可增强修正效果。不得使用必要的过热火焰，否则钢材会因过热而顶锻，对修正效果毫毫无益处。并且，过热修正也可以导致钢材性能的退化。
        矫正过程中，使用测温笔或红外线测温仪测量矫正温度。热矫直后，采用空冷的方式进行冷却，不得采用浇水（油）等速冷方法，当低合金钢在矫正温度高于650℃时严禁急冷，热矫正次数不得超过2次。
        矫正后，应对箱型柱构件进行符合规范的尺寸检查，对矫正区域内的焊缝进行外观检查。如有需要，可在矫正后对焊接部分进行无损检测。
        4 工艺措施实施验证
        箱型柱焊接变形矫正技术为保证构件尺寸精度，构件外形美观提供了技术保证。在整个制作过程中，通过对矫正前后数据的整理，从尺寸检验及外形检验两个方面，控制箱型柱焊接变形几乎没有问题，保证了工程的供货周期，获得了业主及监理的一致好评。足以证明箱型柱焊接变形矫正技术对构件制作提供了优秀的技术支撑。

        图四矫正后的尺寸测量             图三火焰矫正施工
        5 结束语
        对于箱型构件的矫正工艺，能通过机械矫正就可以不用火焰加热矫正，需要加热矫正的构件避免不了存在焊接应力集中和矫正区域无法准确的现象。通过这次技术的完善，有效的解决上述难点，并在矫正前的步骤做出规范，也是通过降低焊接变形而做到对矫正工艺的简单化。在实际应用工艺技术后，可以在以后矫正过程处理中减少错误，提高效率，提高后续构件的出厂质量。
        参考文献：
        [1]王世达，程尚华，贾晓燕.焊接残余变形的火焰矫正工艺技术[J].焊接与切割，2020（2）：38-40.