H型吊车梁变形因素控制及矫正.docx

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H型吊车梁变形因素控制及矫正

H型吊车梁变形因素控制及矫正

绪论

为了便于生产，现代的钢结构厂房基本上都会安装室内吊车（也称之为行车），吊车梁是吊车行走的路基，吊车就是通过轨道在吊车梁上来回行驶的。

所以，吊车梁的平面度和承载能力直接关系着吊车是否能平稳运行的重要的条件。

尽管焊接在钢结构制作过程中已经成为必不可少的工艺方法，但焊接技术仍决定于人们的技艺与经验，因为焊接是一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程，焊接过程中的物理现象包括焊接时的电磁、传热、金属的熔化和凝固、冷却时的相变，焊接应力和变形等。

因此焊接时，结构因种种因素致使焊接接头处产生较大的内应力，当这些内应力超过母材屈服强度的时，结构就会产生形状上的变异（俗称焊接变形）。

常见的变形的种类有：

收缩变形、弯曲变形、扭曲变形、角变形、错边变形、波浪变形等几种。

吊车梁因腹板厚度较薄，焊缝较多且高度集中，如果焊接时不采取有效的工艺措施，在焊接后会产生弯曲变形，甚至产生扭曲变形。

弯曲变形可以通过冷矫正或火焰矫正等工艺措施来解决，相对比较容易操作。

扭曲变形的矫正工作是比较困难的，如果矫正工艺不当，会降低吊车梁的使用稳定性，甚至会造成整个构件的报废。

退一步讲，即使最终可以将变形矫正到合格状态，也会大大增加生产成本，降低生产效率。

1H型吊车梁焊接变形分析

图1为吊车梁焊缝布置图，图2为吊车梁弯曲变形图，图3为吊车梁扭曲变形图。

从图1中可以看出吊车梁腹板厚度较薄，（一般5吨的吊车梁腹板厚度为6mm，10吨的吊车梁腹板厚度为8mm）焊缝较多且高度集中。

图2的弯曲变形是由于加劲肋板焊接时没有对称施焊致使吊车梁翼缘板两侧受热不均而产生的。

图3扭曲变形是由于焊接时温度场不均匀的分布，在焊缝区产生较大的内应力，随着焊接温度的增加最终内应力超过了腹板的屈服强度，迫使腹板产生形变，在形变的过程中受翼缘板和加劲肋板的拘束，最终造成了扭曲变形。

图1吊车梁焊缝布置图

图2吊车梁弯曲变形图

图3吊车梁扭曲变形图

2H型吊车梁焊接技术措施

2.1H型钢下料、拼装、定位焊接

几何尺寸（包括焊接收缩余量，切割余量）长度偏差不大于±3mm，上、下翼板的不直度不大于±5mm，腹板上、下边缘不直度不大于±5mm，高度不大于±2mm，部件划线精度控制在2mm，对角线不大于3mm,火焰切割割纹深不大于1mm，所有划线和下料后及组对前必须进行尺寸复核，并做必要休整，确保组对的精确度。

采用组对机将翼缘板和腹板组对成H型钢，定位焊缝采用与母材相匹配的焊接材料，定位焊缝长30-40mm，厚度小于等于5mm，两定位焊缝间隔小于等于350mm。

焊接材料选择见表1定位焊缝焊接材料选用表。

组对时，应保证腹板的垂直度偏差小于等于0.5°，且不应采取强制装配的手段进行组对。

表1定位焊缝焊接材料选用表

母材钢号

母材规格

焊材型号

焊材规格

Q235、Q345

＞3

ER49-1、ER50-6

1.0、1.2

2.2H型钢焊接

采用埋弧焊进行H型钢纵向焊缝的焊接。

为了防止埋弧焊接时吊车梁腹板被烧穿，在正式施焊前用半自动CO2气体保护焊将纵向焊缝进行填焊，填缝焊接后再进行埋弧焊接。

埋弧焊接时为了防止H型钢产生侧向弯曲，采取对称焊接，焊接顺序见图3H型钢焊接顺序图，焊接工艺参数见表2H型钢焊接参数表。

2H型钢焊接参数表

母材钢号

焊接

方法

焊接

道次

焊材

牌号

焊材规

（直径）

焊接电流

（A）

电弧电压

（V）

焊接速度

（cm/min）

线能量

Q235、Q345

GMAW

填缝

ER49-1、ER50-6

1.0、1.2

160-260

24-30

26-40

18

Q235

SAW

盖面

HJ431-H08A

3.2-4.0

450-550

28-35

35-48

22-25

Q345

SAW

盖面

HJ431-H08MnA

3.2-4.0

450-550

28-35

35-48

22-25

图3H型钢焊接顺序图

1-2-3-4

2.3连接板、加劲肋板的拼装

H型钢焊接完成并冷却到室温后再进行连接板、加劲肋板的拼装焊接。

定位焊缝质量与H型钢定位焊缝要求相同,且同一接头中定位焊缝的数量不应少于3条。

加劲肋版厚度较薄（通常为6mm-8mm）所以在加工后会出项弯曲现象，应该在拼装前将其矫直后再进行拼装焊接。

2.4连接板、加劲肋板的焊接

因为腹板较薄，焊缝高度集中，所以焊接加劲肋板是必须采取有效措施，否则可能会产生扭曲变形，具体措施如下：

2.4.1焊接方法及焊接工艺参数

采用半自动CO2气体保护焊配合小线能量的工艺参数，降低热量的输入同时提高生产效率。

焊接工艺参数见表3小线能量焊接工艺参数

表3小线能量焊接工艺参数

母材牌号

焊材型号

焊材规格

焊接电流（A）

电弧电压（v）

焊接速度（mm/min）

线能量

Q235

ER49-1、ER50-6、E501T-1

1.2

240-260

28-30

280-320

17

Q345

ER50-6、E501T-1

1.2

240-260

28-30

280-320

17

2.4.2加劲肋板与翼缘板的焊接

施焊前将吊车梁放置在平整的工作台上，如果吊车梁放置不平会增加弯曲变形产生。

采取分中对称法进行施焊，分中对称施焊的目的使吊车梁的翼缘板两侧同时受热，相互抵消焊接时产生的应力，这样就能有效避免弯曲变形的产生了。

焊接顺序见图4加劲肋板与翼缘板焊接顺序图。

图4加劲肋板与翼缘板焊接顺序图

2.4.3加劲肋板与腹板的焊接

施焊前吊车梁必须放置在平整的工作台上，如果吊车梁放置不平会增加弯曲变形和扭曲变形产生。

加劲肋板与腹板的角焊缝采取分中、对称、跳焊法进行施焊。

分中、跳焊施焊的目的是避免热量集中产生变形，对称施焊的目的是相互抵消焊接时产生的内应力。

焊接顺序见图5加劲肋板与腹板焊接顺序图。

图5加劲肋板与腹板焊接顺序图

2.4.4焊脚尺寸

为了降低焊接热输入量，加劲肋板与腹板和加劲肋板与翼缘板的角焊缝尽量采用较小的焊脚尺寸，从而避免过大的焊接线能量，一般情况焊脚尺寸大于或等于较薄母材的0.7倍且不小于6mm。

因为吊车梁的上翼缘板和翼缘板的宽度不同，通常为上翼缘板宽于下翼缘板，所以在焊接加劲肋版与腹板的角焊缝时应使角焊缝处于水平位置或少有下坡位置进行试焊，从而降低焊缝余高和焊接热输入量。

3H型吊车梁变形的矫正方法

我们在行车梁焊接的过程中采取一定的措施控制其变形量，但变形依然存在。

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。

矫正方法都是设法制造新的变形来达到抵消已发生的变形，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，对于已焊接成型的吊车梁发生变形的矫正方法经常采用1）线状加热法，2）点状加热法，3）三角形加热法三种火焰矫正方法。

3.1角变形矫正

H型钢梁在构件加工过程中往往会在埋弧焊接完成后经过矫正机进行矫正来处理角变形，但还有个别原因（如缺少矫正机、工人疏忽忘记矫正等）未能矫正。

因此在焊接完成后采用纵向线状加热法进行火焰矫正。

角变形采用在翼缘板上面（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。

3.2上拱与下挠及弯曲的矫正

翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。

用这种方法矫正弯曲变形，效果显著。

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。

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。

3.3腹板波浪变形的矫正

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。

4火焰矫正时应注意的事项

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）、加热位置不得在主梁最大应力截面附近；

（2）、矫正处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。

火焰矫正的温度：

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

5火焰矫正存在的问题

火焰矫是利用钢材热胀冷缩原理针对变形的构件局部火烤得到矫正。

显然，火烤之后对钢材本身会带来影响，必须注意以下几个存在问题：

  一、火烤之后的不均匀收缩必然会产生较大的残余应力，其残余应力分布规律是火烤区域有拉应力，非火烤的区域有与之相平衡的压应力。

安装后，在荷载作用下，残余应力与外荷载应力相叠加，大大提前进入弹塑性状态，这意味着刚度退化，挠度加大，稳定承载能力也会受一些影响，因而在钢结构工程实践中应尽量避免对构件受力平面内的弯曲进行火焰矫正。

如果梁是侧向旁弯，则在梁的上、下翼缘的同一侧边火烤，则上、下翼缘都存在自相平衡的残余啦、压应力，与外荷载应力叠加后，上、下翼缘一边提前进入弹塑性状态，另一边则有鲍辛格效应，推迟进入弹塑性状态，因而对构件在荷载作用下的挠度变形和稳定承载能力不会有显著影响，在钢结构工程实践中可以采用。

二、根据GB50205用于矫正的加热温度应严格控制，以免钢材发生温度脆化现象。

火焰矫正时，对Q235钢材可以用水冷却以提高矫正效果，给水冷却的温度应在600℃以下进行；但对Q345钢材则只能自然冷却，防止加速冷却造成钢材明显脆性化。

同时还应注意，环境温度过低不宜进行火焰矫正，这同样是为了防止钢材脆性化。

 三、火焰矫正不可多次重复，在首次火焰矫正完成后，已形成特定的残余应力模式，以后如果再多次重复同样的矫正，就不再有效了，因非火烤区域的残余应力的回弹会抵消重复火焰烘烤的效果。

因此火焰矫正应由有经验的技工，仔细制定号操作方案，避免多次重复矫正。

四、对于薄腹板波浪形鼓曲变形采用火焰矫正很难奏效，有不少工人采用火焰加锤击的办法，这对于轻钢薄板构件尤为不可，因薄腹板处于残余压应力下的屈曲状态，这种屈曲具有凹凸双向跳跃型特征，对凸面采用锤击可能产生反向屈曲，不能解决问题反而留下密密麻麻的锤印，不可取，对腹板鼓曲变形难以矫正的情况加设加劲肋是保证构件承载能力的最有效的补救办法。

6结束语

H型吊车梁截面形状经济合理，力学性能好，重量轻，节省原材料以及制作过程中工作量，但也在结构中存在着重要的安全质量作用，因此控制H型吊车梁的变形提高它的质量有着重要的意义。