火工校正工艺B文档格式.docx

1、5. 火焰矫正5.1火焰矫正的原理火焰矫正是利用金属热胀冷缩的物理特性，采用火焰局部加热金属，热膨胀部分受周围冷金属的制约，不能自由变形，而产生压塑性变形，冷却后压塑性变形残留下来，引起局部收缩，即在被加热处产生积聚力，使金属构件变形获得矫正。5.2 焊接变形的种类5.2.1纵向收缩变形: 构件焊后在焊缝方向产生收缩。焊接结构焊后出现的收缩变形是难以修复的，必须在构件下料时加放余量。5.2.2横向收缩变形 ：构件焊后在焊缝横向产生收缩。焊接结构焊后出现的收缩变形是难以修复的，必须在构件下料时加放余量。5.2.3角变形：构件焊后，构件的平面围绕焊缝发生的角位移。主要是由于焊缝截面形状不对称，或施

2、焊层次不合理致使焊缝在厚度方向上横向收缩量不一致引起的。5.2.4波浪变形：薄板焊后易产生这种失稳变形，形状呈波浪状。产生原因是由于焊缝的纵向和横向收缩在拘束度较小结构部位造成较大的压应力而引起的变形，或由几个互相平行的角焊缝横向收缩产生的角变形而引起的组合变形，或由上述两种原因共同作用而产生的变形。5.2.5弯曲变形：构件焊后发生弯曲。弯曲变形是由纵向收缩引起和或横向收缩引起。5.2.6扭曲变形：焊后沿构件的长度出现螺旋形变形，这种变形是由于装配不良，施焊顺序不合理，致使焊缝纵向和横向收缩没有一定规律而引起的变形。5.3 火焰矫正基本参数选择5.3.1 火焰加热温度：火焰矫正根据材质、板厚和

3、加热方法等不同情况，选择不同的加热温度。可分为低温加热、中温加热和高温加热三种温度。5.3.1.1 低温加热:低温加热温度为5006000C。低温加热应用于板厚小于6mm的薄板，由于低温加热最高温度在相变之下，适宜含碳量（质量分数）大于0.25%的碳素钢和合金高强度钢火焰矫正。低温加热允许浇水（清水）冷却，如600MPa级合金高强度钢可在4500C浇水冷却。5.3.1.2 中温加热:温度为6007000C。在这个温度范围，火焰矫正最佳。同时也允许较大的冷却速度，如浇水冷却。中温加热适宜板厚612mm的钢板件火焰矫正。但对含碳量（质量分数）大于0.35%的碳素钢和低合金高强度钢加热温度要控制准确

4、，不得超过7230C。5.3.1.3 高温加热:加热温度为7238500C 。高温加热适用于大厚板加热，对于厚板加热效果比低温加热和中温加热效果要好。板厚在1416mm加热温度在7508000C，大于20mm板加热温度在8500C。对于含碳量（质量分数）大于0.35%的碳素钢和合金高强度钢不能采用高温加热矫正。火焰加热温度不允许超过8500C（过火），这样力学性能会变坏，冲击性能降低，同时由于加热温度过高，使金属接近熔化变软，由于气体喷射会把金属表面吹成凹坑或波纹，使钢件受到损伤。另外加热温度过高，使金属表面晶界处被氧气侵入而生成氧化物形成空洞或裂纹，金属表面会生成较厚的氧化皮。5.3.1.4

5、 火焰加热温度的控制对于含碳量（质量分数）小于0.25%的碳素钢和低合金钢，由于加热温度较宽，可以近似的凭钢材的加热颜色估计加热温度。从钢材表面颜色判断温度有一定误差，而且与观察者的经验和现场的光线亮度关系很大。因此对于含碳量（质量分数）大于0.35%的碳素钢和合金高强度钢应采用测温笔或测温仪器测定比较可靠。颜色温度/深褐红色550580亮红色830900褐红色580650橘黄色9001050暗红色650730暗黄色10501150暗樱红色730770亮黄色11501250樱红色770800白黄色12501300深樱红色800830-5.3.2 加热火焰氧与乙炔燃烧比由于氧气和乙炔混合比例不同

6、，燃烧的火焰可以分为中性焰、氧化焰和碳化焰三种。火焰都由焰心、内焰、外焰组成。5.3.2.1 中性焰中性焰燃烧后的气体中即无过剩的氧气，也无过剩的乙炔。焰心紧靠烤嘴是一个光亮的白色圆柱体，其程度随混合气体的喷射速度增大而增长，温度不是很高。在焰心尖端距离工件表面24mm，此区火焰温度最高，并在还原性气氛保护下，可避免氧化。内焰在焰心之外，颜色较暗。外焰在内焰之外与周围空气接触，呈淡蓝色，具有氧化性，温度也低。适合矫正1030mm厚度的钢板5.3.2.2 碳化焰火焰燃烧后气体中尚有部分乙炔未成燃烧，焰心呈蓝白色，内焰呈淡白色，外焰带橘红色。碳化焰由于乙炔过剩，燃烧速度减慢，因此整个火焰比中性焰长

7、，且较柔软，温度也较低。对于大于30mm以上钢板，可采用碳化焰缓慢加热，以便逐渐烤透钢板，避免钢板表面温度较高，而内部温度较低的现象。5.3.2.3 氧化焰由于火焰中氧量的增加，氧化反应剧烈，使火焰各部分长度均变小，焰心短而尖，内外焰层次不清，火焰呈紫蓝色。火焰挺直，并发出“嘶嘶“声。火焰矫正特点：加热快、生产效率高，通过钢材沿厚度方向温度不均匀分布而产生不均匀收缩来达到矫正变形的目的时，可采用氧化焰较快的加热钢板表面。一般用于厚度10mm以下钢板。5.3.2.4 如采用氧与丙烷，火焰形状与乙炔气稍有不同，内焰呈伞状，呈明亮青白光状，火势旺盛为宜。如呈模糊的兰色则是丙烷过少或氧气过多，呈白色时

8、氧气过少。加热时将内焰伞状接触钢板。5.3.3 火焰矫正的加热速度和冷却速度5.3.3.1 火焰矫正加热速度在加热温度和烤嘴一定时，火焰矫正的加热速度随板厚增加而减小。但对火焰矫正焊接角变形，如线状加热时速度慢，沿厚度方向温差小，矫正效果不佳。如速度低于250mm/min以下时，高温加热会使表面过热，出现缺陷。 板厚（mm）加热速度（mm/s）气体种类246810121416182225氧-丙烷13201113611795745.3.3.2 冷却速度火焰矫正的冷却速度分为两种，一种是空气中冷却（空冷），另一种是喷水冷却。空冷速度相当于水冷速度的2%3%，冷却速度较慢，可以获得类似于正火的金相组

9、织。含碳量（质量分数）大于0.25%的钢或合金钢，如果加热温度超过7230C以上，必须空冷。空冷缺点是：冷却时间长，生产效率低。喷水冷却使用清水作为冷却介质。因盐水或其他溶液冷却速度过快易形成裂纹等问题，所以不允许使用。水冷应用于低温矫正和中温矫正，对于含碳量（质量分数）小于0.25%的碳素钢高温矫正也可采用喷水冷却。喷水冷却效率可以提高三倍以上。但对于w（C）0.25%的碳素钢和低合金高碳钢，中温加热和高温加热时不允许采用喷水冷却。5.3.3.3 水火距（喷水的水嘴与火焰加热烤嘴之间的距离）水火距离过大或过小都会减小成型效果。水火距决定了火焰成型的温度场和拘束刚度，水火距太近，热量被水带走太

10、多，温度场过低，矫正成型效果减小，正面水冷还会减小正反两面温度差，显著减少角收缩。水火距过大，则拘束刚度下降，加热过程中压缩作用减小也使成型效果减小。正面水冷水火距为90mm为宜，背面水冷水火距以120mm为宜。5.3.3.4 水流量的选择水流量的大小起两个方面作用：一是决定了冷却作用的强弱，二是决定了浸水前沿距火焰中心的距离（实际水火距），因此水流量和水火距共同确定了火焰成型的冷却条件，是火焰成型的重要参数之一。合适的水流量在53100ml/s为宜。5.3.3.5 火焰能率和烤嘴角度火焰能率主要依据每小时可燃气体的消耗量（L/h）来确定，而气体消耗量又取决于烤嘴大小，所以一般烤嘴大小表示火焰

11、能率大小。只有适当的火焰能率，才能给予足够的能量烤透构件，达到火焰矫正目的。烤嘴与构件的夹角称为烤嘴角度，烤嘴的倾斜角度大小与火焰的利用率有直接关系，烤嘴与加热构件成90度角即垂直，火焰利用率最高，通常火焰矫正烤嘴的角度为8090度，如需降低加热温度可以将角度减小。5.4火焰矫正的加热方法5.4.1圆点加热法圆点加热法是火焰在构件上加热为圆点形面积的一种火焰矫正方法。5.4.1.1 在板上加热一个圆点形面积，沿板厚温度分布可构成圆柱或圆锥加热体，当加热温度至2000C以上，冷却后会沿加热体圆柱径向产生残余的压塑性变形和应力，则加热体径向收缩，其收缩力称为集结力。5.4.1.2 圆点加热面积大小

12、根据板厚决定：板厚123456810121416182022加热点直径15253035404850556062645.4.1.3应用圆点加热法主要用于构件板面波浪变形（不平度）的矫平和构件弯曲变形的矫直。5.4.2线状加热法线状加热是火焰在构件上沿直线、曲线或环形的连续加热方法，被加热的构件上的加热面积呈现一条较窄的带状。5.4.2.1线状加热的特点火焰在构件上加热一线状同在构件上堆焊一条焊缝的焊接变形一样，有沿加热长度方向的纵向收缩变形和垂直于加热长度方向上的横向收缩变形以及以加热线为轴的角变形。5.4.2.2线状加热操作方法线状加热可以分为直线加热、环形加热（螺旋形）和曲线加热（波浪形）三

13、种基本形式。线状加热其加热线越宽，在温度相同的情况下，产生的横向线性热膨胀越大，则火焰矫正产生的压塑性变形越大，火焰矫正效果越好。但易引起板件局部翘曲变形。所以线状加热宽度，应根据构件的变形情况和板厚选择。5.4.2.2.1 直线加热火焰在构件上沿直线加热的火工矫正，加热宽度较窄，加热速度较快，可适用于加热小于厚度10mm以下的钢板结构件。如果构件加热背面没有依托（如无筋板等），火焰加热宽度大会引起构件局部翘曲变形，因此最好加热宽度不超过15mm。5.4.2.2.2 环形加热火焰在构件一环套一环向前加热，加热宽度较大，加热体温度均匀，加热速度较直线加热慢，适用于厚度大于10mm的中厚板加热。若

14、加热体后面没有依托，加热宽度不得超过40mm。5.4.2.2.3 曲线加热加热宽度较大，加热速度慢，适用于厚板火焰矫正加热。线状加热矫正构件弯曲变形加热应烤透。但火焰矫正角变形不得烤透，通常加热深度为板厚的1/21/3，加热规范要控制稳定。采用以上三种基本形式，还可组成其他形式的加热方法，如平行线法、网线法。线与线距离为50200mm之间，平行线法和网线法可构成局部或大面积加热。火焰加热通常是垂直于构件加热表面，根据火焰性质不同，火焰的焰心距离加热面有一定距离，操作者应注意火焰温度高低。如发现火焰温度过高，应调整焰心距加热面的距离和火焰与加热面的角度，可使火焰倾斜，降低加热面上的温度5.4.2

15、.3线状加热的应用5.4.2.3.1角变形角焊缝：在发生角变形距焊角t/3（t为加热板厚）的距离，火焰线状加热，加热线与焊缝平行。对接缝：在凸向面距焊缝边缘t/2（t为加热板厚）平行于焊缝加热。5.4.2.3.2 板件波浪变形的矫正如焊接格板形成的波浪变形，可采用短线加热矫正，其加热线与骨架夹角为3545之间。5.4.2.3.3 构件弯曲变形的矫正主要用于构件梁、柱等弯曲变形的矫正5.4.2.3.3.1 利用加热线横向收缩矫正弯曲变形采用构件中性轴一侧火焰，垂直于中性轴横向线状加热，则加热冷却产生的横向压塑性收缩变形使构件向另一侧弯曲。这种方法可在梁、柱外焊有内筋板腹板焊缝处及中性轴以下火焰横

16、向线状加热，可矫正构件的弯曲变形；另一方面可矫正由构件内部筋板横向焊缝引起的角变形和波浪变形。需要注意，如火焰加热横向线状加热位置选择不当，会引起诱发性的结构变形。5.4.2.3.3.2 利用线状加热纵向收缩矫正构件弯曲变形 如果梁或柱向下扰曲，可在下盖板上沿两条纵向角焊缝方向线状加热，使梁或柱产生向上拱曲。从构件承受载荷能力来讲，这种加热方法较在下盖板横向线性加热好，但这种方法掌握不好，易使梁产生扭曲变形。5.4.3三角形加热法三角形加热是火焰在构件上加热为三角形面积的方法5.4.3.1 三角形加热的特点5.4.3.1.1 三角形加热是由平行法和网线法构成的局部加热方法，加热体为三角形5.4

17、.3.1.2 三角形加热面积，可看成由底边若干板条拼接而成。底边最长，其他板条沿三角形高逐渐减小，最小的板条为顶点，长度为零。每个板条产生的压塑性变形为底边最大，沿三角形高相应逐渐减小，直至三角形顶点为零。三角形加热产生的横向收缩塑性变形也是一个三角形。5.4.3.1.3 三角形加热矫正构件的弯曲变形比线状加热效果好。矫正构件弯曲变形，线状加热采用垂直于中性轴横向加热，加热不能过宽，如加热宽度大，易使构件在靠近中性轴处出现局部翘曲变形。如采用三角形加热，只要加热三角形高和底边选择合适，就不会出现局部翘曲变形。5.4.3.1.4 三角形加热的方向，是一种由三角形顶向平行于底边线状加热，另一种是由

18、底边且平行于底边线状加热至顶点。三角形加热和线状加热一个道理，由三角形顶点至底边火焰矫正加热比由底边向顶点方向加热火工矫正构件的弯曲变形效果大。5.4.3.2 三角形加热法操作三角形加热是任选线状加热的三种形式，直线加热、环行加热和曲线加热排列形成加热面积。三角形加热构件有加热透和均匀，否则易引起翘曲变形。因此火焰矫正应根据板厚，选择相应的合适的火焰矫正基本参数。火焰加热时通常火焰烤嘴与加热面成8090角，如果出现加热体翘曲现象，烤嘴应倾斜，降低火焰加热温度和火焰加热速度，使沿板厚方向温度均匀，则翘曲变形减小。5.4.3.3三角形加热的应用5.4.3.3.1 用于矫正构件的弯曲变形。如板件产生

19、侧弯，可在弯曲侧边缘布置三角形加热面积，可使构件矫直。三角形加热配合线状加热，可矫正梁、柱的弯曲变形。5.4.3.3.2 梁端部腹板翘曲变形，可在翘曲处三角形加热面积，也能腹板矫平。以上圆点加热法、线状加热法和三角形加热法等基本加热方法，可针对结构件的变形情况，综合应用巧妙的加热火焰面积布置，在实际生产中都是行之有效的。但为增加火焰矫正的效果，无论是选择那种加热方法，若采用在构件上施加外力，使构件变形得到弹性的矫正，再在受压力区火焰加热矫正会取得较好的效果。同时根据构件的材质和板厚等情况，选用相应的火焰矫正参数，也可提高火焰矫正的效果和生产效率。5.5火工矫正的注意事项5.5.1 对制造要求有

20、拱度要求的板结构焊接梁，应以腹板下料预制上拱度为主，组装焊接控制焊接变形达到技术要求5.5.2 应尽量避免在构件危险截面弯距最大区进行火工矫正5.5.3 尽量避免同一焰道多次加热，以一次加热为宜，最多不得超过三次。5.5.4 加热部位应尽量选在焊接部位，这样可使焊接残余应力减小。5.5.5 火焰矫正的冷却速度应该注意：对于矫正构件的材质必须清楚。如低碳钢（Q235等），由于采用水冷、风冷都不会产生马氏体转变，所以构件允许采用浇水冷却或风冷。对于低合金高强度钢（如Q345等）浇水冷却必须控制温度，应有测温仪器。如果温度控制不准，加热温度超过723会有相变产生，当采用水冷易出现低碳马氏体组织，使构

21、件变脆，力学性能不好。对于我们现有的吊机产品，火工矫正冷却方法只允许使用空冷、风冷，严禁使用水冷5.5.6 火焰矫正施加外力必须注意。由于施加外力引起预约束力是使加热部位受压应力，会使加热部位失稳，引起加热体皱折，即加热表面凹凸不平。出现这个问题不易消除。加多大力与构件板厚、截面形状有关。但只要加外力才能使构件产生弹性的变位便可火工矫正。5.5.7 防止表面缺陷。由于火焰矫正加热温度过高，易引起表面有裂纹、熔融和起鳞等缺陷。5.6火工矫正实例5.6.1板材波浪变形的火焰矫正5.6.1.1 将板件吊放于平台上或平地上，使用1m平尺检测板面各处的波浪变形大小，对超出技术条件要求的波浪变形应划出矫正

22、的范围。5.6.1.2 可采用圆点加热法，在凸向的边峰处，采用螺旋式加热圆点，加热圆点直径见表1-3所示。加热圆点相互之间距离一般为80180mm可分批加热。5.6.1.3 火焰矫正规范参看表1-1，薄板采用低温加热，中厚板采用中温加热，加热火焰易采用中性焰，厚板采用碳化焰。根据材质，对Q235钢，可采用浇水冷却；对低合金糕强度钢加热温度不得超过650，允许浇水冷却。5.6.1.4 加外力火焰矫正。为增加火焰矫正的效果，最好首先将波峰和波谷使用胎具烤板座压平，过胎具孔进行圆点加热，如下图所示，火焰矫正效果较好。5.6.2板格波浪变形的矫正板格即是板材下料后成板件，在板件上焊有筋板或型钢形成板格

23、。其板格的变形有板件本身的变形和焊接筋板或型钢焊缝所形成的变形。这种变形如不控制不加矫正，会引起超出产品允许的变形。矫正板格的变形，首先采用平尺检测板面的凸凹变形大小，记在板件上，再确定火焰矫正的顺序和加热方法。5.6.2.1火焰矫正顺序及线状加热时应注意事项5.6.2.1.1火焰矫正顺序：应先矫正波浪变形大的。5.6.2.1.2板格也可按筋板或型钢分成凹区和凸区，应先矫正凸区后矫正凹区。因凹区和凸区在一块面板上是彼此牵连的，凸区火焰矫平后，凹向波浪也会减小。5.6.2.1.3 板格矫正，应从中间向两端开始矫正，中间凸凹变形矫正好以后，再向两端进行矫正。5.6.2.1.4 火焰线状加热时应注意

24、事项：5.6.2.1.4.1 加热线一般不做纵通加热，由于在骨架处的变形一般比较小，故加热线的起端与末端可离开骨架50mm左右。5.6.2.1.4.2加热现温度分布应呈“橄榄形”，起点和末端的温度低，中间温度高。5.6.2.1.4.3 加热时第一次加热的温度最高处不应超过650。5.6.2.1.4.4 第一次加热以后，若加热线部位出现皱折，可在距第一次加热10mm左右补充第二次加热，选择在凸面，第二次加热线温度可相应高一些。5.6.2.1.4.5 火焰加热烤嘴只能作直线移动，使加热宽度小一些。5.6.2.2 板格火焰矫正方法板格的波浪变形通常是由于焊接筋板或型钢等角焊缝产生角变形造成的，因此火

25、焰矫正主要是矫正角变形，可采用线状加热法。对有些凸起的变形，可采用圆点加热或短线加热法等。5.6.2.2.1 “背烧”线状加热法。采用沿焊缝背烧（焊缝焊后，反映到背面出现发蓝或发黄等颜色的印迹）进行线状加热，如右图所示。由于在焊缝处的板厚加上焊缝厚度，所以板件背烧处比较厚，积热时，加热面和背面的温度梯度较大，矫形效果显著。加热温度采用低温加热（500600）空冷或背面浇水冷却。如采用高温加热（723850）空冷，背面浇水冷却要根据材质而定。Q235钢允许浇水冷却，如是低合金高强度钢，中、高温加热不宜采用浇水冷却。采用线状加热的次序按上述原则，从变形较大处开始矫正，一般从中间向两端开始矫正。5.

26、6.2.2.2短线加热法，即加热线与骨架或焊缝交成一定的角度4045。加热线长度为加热宽度的1520倍，并伴以正面浇水冷却，称为短线加热法。但对低合金钢加热温度不得超过650时才允许浇水冷却。这种方法对板厚为4mm以下且变形较大的板格较为适用。 图1-155.6.2.2.3圆点加热法对于薄板低温加热（500600）允许浇水冷却，且周围加外力有较好的效果。但如采用锤击法易出现坑疤影响外观质量。5.6.2.3几种类型板格变形的矫正5.6.2.3.1一个板格变形呈凹形或凸形的矫正对于薄板波浪变形不大的板格，可采用密集的小圆点加热。火焰加热自上而下地进行加热，同时水浇冷却，先从四周向中间加热，使板格的

27、波浪变形减小。对变形量较大的凹面，可在骨架处沿焊缝“背烧”线状加热；对变形量较大的凸面变形，如上图所示，可在骨架处沿焊缝火焰线状加热。加热时，火焰要集中，加热线宽度要小一些，一般可以使氧气的流量略大一点，而加热温度可以低一些，加热速度适当加大，加热温度可采用低温加热（温度为500600），焊缝背面允许浇水冷却，目的使加热温度梯度加大。沿焊缝“背烧”线状加热，如加热区超出焊角的范围，由于焊缝的收缩，板格内原有应力使板格在焊角位置产生角变形，一旦这里的板受热就很容易产生塌边的现象。为此在第一次加热时，温度也要适当控制低一些，使板格内产生一定的拉应力之后，再第二次、第三次加热，才可使加热温度再相应高

28、一点。对板格翘起变形量大的，骨架处的加热还不能使板格平整，则可以在毗邻的板格骨架上加热，只是这种加热应在板格骨架加热之前进行，也可以在板格当中加上短条形加热和圆点加热等方法。如下图所示。5.6.2.3.2板格面板挠曲变形的矫正板格面板挠曲变形主要是板格与骨架之间角焊缝收缩引起板格的变形，一般是由于焊缝电流大所引起的。矩形的方法可采用沿“背烧”线状加热的方法，加热中心在骨架上，加热宽度不应超出焊角的范围。若超出焊角的范围极易产生塌边的现象，如下图所示。因为嫌加热的部位所产生的拉伸应力，对后加热部位是有影响的。5.6.2.3.3板格的面板呈现波浪变形的矫正板格板面的下挠变形和拱曲变形同时存在，火焰矫正时酌情进行。对板格板面拱曲下面、筋板或型钢与板面形成的角度大于90角，火焰沿焊缝正面加热，如下图所示。如凸向变形板格矩形有困难时，可在“背烧”的基础上补充短条