张俊 胡鹏
中建二局安装工程有限公司，北京 100070
摘要：厚板H型钢焊接时，由于焊接热输入量大，焊后很容易变形。在制造过程中主要的变形有翼缘角变形、弯曲变形、轴线扭曲变形，如不采取措施将严重影响结构质量。因此，焊接变形控制显的尤为重要。
关键字：钢结构；厚板焊接；变形控制；H型钢
Control of welding deformation of H-beam with thick plate
Zhang Jun
（China Construction Second Bureau Installation Engineering Co..Ltd，Beijing 10070，China）
ABSTRACT:During the welding of h-beam thick plate, due to the large welding heat input, it is easy to deform after welding. In the manufacturing process, the main deformation is flange Angle deformation, bending deformation axis distortion, and if no measures are taken, the structure quality will be seriously affected. Therefore, welding deformation control is particularly important
KEY WORDS：Steel structure；Thick plate welding；Deformation control；h-beam
1引言
1.1建筑概况
江北嘴国际金融中心位于重庆市江北嘴金融核心区，建成之后是重庆第一高楼群。其中主塔高470米、共103层，副塔分别高350、300、250米，构成一个全球罕见的超高层建筑集群。
1.2制造前分析
H型钢是由一种工字型钢材优化发展而成的断面力学性能更优良的经济型断面钢材，截面经济合理，使其与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，有效的减轻建筑结构30%-40%，被广泛应用于新型经济建筑用钢。厚板H型钢焊后的变形虽然可以通过火焰进行校正，但校正的效率很低，且过程中容易产生新的残余应力，影响产品的质量。因此，焊接工程中的变形控制尤为重要。
2焊接变形因素分析
焊接变形是由于焊接过程中受热不均而产生的，是由于电弧热作用，电弧附近周围的金属温度显著提高，离电弧较远的金属温度就较低，这样焊件就出现不均匀的热膨胀。加热区域的金属，根据受热程度的不同，就要相应的伸长，而未加热的区域就会保持原始长度，于是加热区域产生压应力，而未加热区域产生拉应力。当加热区域的压应力超过材料的屈服点，就会产生塑性变形。影响焊接变形的主要因素有焊接设备、焊接工艺、焊接人员的操作水平及装配质量等。
2.1焊接工艺分析
本次研究的H型钢中翼缘和腹板主要材质是Q355CZ25，其主要参数如表 1所示。焊接H型钢时先用CO2气体保护焊打底然后采用埋弧自动焊进行填充及盖面。CO2气体保护焊焊丝用ER50-6，埋弧焊焊丝用H08MnA焊剂用HJ101。焊剂使用前应按产品说明书规定的烘焙时间和温度进行烘焙。
表 1 Q355CZ25主要参数
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碳当量的计算公式Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15=0.45>0.4，其焊接性一般。焊前适当进行预热，预热采用火焰加热法，温度宜在80℃~120℃之间。预热的加热区域应在焊缝坡口两侧，宽度为焊件施焊处板厚的1.5倍以上，且不应小于100mm。
焊前应清除焊缝周边50mm以内的浮锈、表面氧化物、油污和水等杂物等，还要清除定位焊的熔渣和飞溅。为了在焊接接头始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，应设置引弧板和引出板来保证整条焊缝质量稳定均匀，长度应为80~100mm。焊后引弧板和引出板不得用锤击落，应用气割在距母材两端各2mm以上切除，然后用砂轮打磨平整。
具体的焊接工艺参数如表 2所示，其层间温度控制在80~250℃，若过程中停止焊接，应用氧乙炔加热保证层间温度。
表 2 焊接工艺参数
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2.2装配质量的控制
H型钢板材下料和开坡口都是采用半自动切割机，开完坡口后经质量检验合格后才能移交给装配人员。H型钢在装配过程中要保证尺寸和外形在合格范围内，具体的尺寸、外形偏差如表 3所示。采用CO2气体保护焊进行点固，定位焊厚度≥3mm，长度≥40mm，间距300~600mm。只有当装配尺寸合格后才能进行焊接，控制其装配尺寸，有效的减小了后续焊接后的误差。
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3防止变形控制措施
3.1焊前反变形
反变形法是预先进行试验或依靠经验，把焊件人为地制出一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反从而相互抵消。以BH560*500*60*70为例，先不做反变形，其余所有的制造工艺流程均相同，做完一个试验品后观察变形量在5mm左右。通过上述试验在后面的制造前，先用压力机往翼板中心线上压出变形，让翼板两头预先上翘5mm，用来抵消焊后的变形，使焊接完成后翼板保持水平，从而减少焊接变形。
3.2使用合理的焊接工艺
腹板两侧开不对称K型坡口，来保证全融透，具体尺寸如图 1所示。采用不对称K型坡口更有利于控制焊接变形，较深侧坡口打底完成后，背面需要清根，不仅要把3~5mm的钝边刨掉，还要把打底焊刨掉1~2mm。相当于背面坡口深度增加了4~7mm，在加上清单产生大量热输入，最终使两边热输入达到平衡，从而减小焊接变形。
由于H型钢是对称的，所以不能采用先焊成T形再焊另一块翼板，应先组装成H型钢，再按一定的焊接顺序进行焊接，具体焊接顺序如图 2所示。在一侧焊缝焊好后，另一侧焊缝需用碳弧气刨清根后再进行焊接，填充及盖面时用专用胎具使焊缝位置换成船形焊缝位置进行焊接。
焊接过程中应尽量选较小的焊接参数，采用多层多道焊可以把热输入量进行分摊，使焊接过程中热输入量减少，从而减小焊接变形。多层多道焊时应连续施焊，每一焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物，遇有中断施焊的情况，应采取适当的保温措施，必要时进行后热处理，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。
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图 1 图 2
4焊后变形矫正措施
在以上的控制措施下，任然会有少量的焊接变形。一般采用火焰矫正法，在翼缘表面上用氧乙炔进行局部加热，使其产生塑性变形，冷却后会收缩，利用此收缩产生的变形来抵消焊接残余变形，从而达到矫正的目的。
采用三角形加热法如图 3所示，加热的温度控制在700℃~800℃。通过电子测温仪或者眼睛观察加热区域的颜色来判断大致温度，颜色大致为樱红色。加热结束后因自然冷却，严禁用水进行急冷。加热温度不宜超过800℃，防止产生过热，注意控制火焰大小，用中性焰加热，加热区域的多少应通过变形的程度而定。
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图 3 三角形加热法
5结束语
焊接设备和焊接人员的操作水平对焊接变形都有一定的影响，但是影响较小，上述未作出分析。焊接H型钢在钢结构制造中很常见，控制其焊接变形，减少矫正的工作量，从而减少了工时，大大提高了工作效率。
参考文献
[1] GB 50661-2011 钢结构焊接规范[S].
[2] 《焊接检验及缺陷分析实例》 化学工业出版社
[3] 《焊接工程师手册》 机械工业出版社