浅谈箱型钢梁弯曲的火焰矫正方法

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1、浅谈箱型钢梁弯曲的火焰矫正方法吴忠安·中铁十一局六公司摘要：本文简单的论述了箱型钢梁焊接弯曲变形原因，并根据火焰矫正的基本原理对箱型钢梁的火焰矫正进行分析，提出有效的火焰矫正方法。关键词：箱型钢梁、焊接、弯曲变形、火焰矫正。引言箱型钢梁主要为焊接件，在加工过程中因工艺原因，产品免不了存在弯曲变形。为了把变形控制在设计要求范围内，需要对构件进行矫正。矫正的方法有人力矫正、机械矫正、火焰矫正以及混合矫正等。在矫正方法中火焰矫正方法简单、效率高，因此在构件矫正中得到广泛的应用。但是，目前火焰矫正缺少理论依据，仅凭作业工人的经验，在

2、矫正中效率还是不高，时有过矫的质量事故发生。因此，对火焰矫正进行理论探讨，对实际操作具有极大的指导意义。一、箱型钢梁的一般结构及其制作工艺箱型梁结构主要由上下翼缘板、腹板、中筋板以及局部加强板组成。一般的制作工艺流程为：毛料下料→除锈修边→下翼缘板校直并画筋板位置线→把下好料的筋板增加临时支撑后点焊到下翼缘板上→焊接筋板与下翼缘板的两边焊缝→先后将下好料的腹板点焊→焊接腹板与下翼缘板的焊缝内外→焊接筋板与腹板的焊缝→拼点上翼缘板→焊接腹板与上翼缘板的焊缝→初步检测→矫正→必要的检测→除锈喷漆→成品验收。具体见：图（一）。图（

3、一）箱梁工艺示意图二、箱型钢梁的焊接残余应力分布及其变形因为焊接残余应力和变形产生的主要原因是焊接时的不均匀加热，近缝区的构件在加热和随后冷却过程中发生了塑性变形。根据箱型梁的焊缝布置，可以得到箱型梁筋板与腹板交接处的焊接残余应力分布见图（二）。该类型焊缝残余应力以焊缝的影响区为分界，在焊缝内形成正残余应力，影响区之外的一定范围内形成负残余应力区[1]。残余应力大小与焊接线能量有很大的关系，在此不讨论。图（二）图（三）图（三）为箱梁焊接成п形状后的残余应力分布。因为腹板在与筋板、下翼缘板的焊接中腹板只有单边受热，根据焊缝及近

4、焊缝区域受到拉应力，以后随远离焊缝依次是压应力，拉应力，形成三个正负相间的应力分布区[1]，可以得到腹板的残余应力分布如图（三）。残余应力在焊缝处、中性轴处、最远离焊缝处出现峰值，其峰值大小与焊接影响区、梁的截面惯性矩大小等因素有关，在此不讨论。按照焊接残余应力分布规律，可以得到焊接后的箱梁变形状态如图（四）。图（四）三、火焰矫正的一般方法火焰矫正是利用火焰加热时产生的局部压缩变形使较长部分在冷却后缩短来消除变形。火焰加热的自然冷却后的残余应力分布如图（五）。图（五）一般的火焰矫正就是利用火焰加热起拱部位，多点加热使起拱部位

5、局部受热进行反变形，最终矫正箱梁的弯曲变形。火焰矫正的热源由氧气-乙炔火焰加热。首先选择合适的割嘴，把氧气-乙炔火焰（气压）调整好，利用中性焰进行三角形加热。四、根据理论，更高效的火焰矫正方法根据焊缝残余应力分布规律以及火焰局部加热残余应力分布规律，箱型梁中只要在腹板中性轴上进行线状加热，降低中性轴的残余应力，然后再在其拱部进行三角形加热，消除残余应力峰值，达到火焰矫正目的。为了对以上火焰矫正方法进行验证，特别进行了以下对比试验。图（六）试验采用两种试件，截面惯性矩、面积、材质均一样，具体的试验方法为：试件1按照一般的三角形

6、加热方法在T型试件的翼缘板底中部加热一个点，加热宽度为4cm；试件2则按照先加热中性轴然后加热其供部位的原则进行加热。加热位置分别为试件中性轴中部和翼缘板底中部两个加热点。操作氧气-乙炔均为同一个操作手。试验相关数据见下表。试件火焰矫正方法火焰温度加热时间原挠度矫正后挠度矫正量1一般火焰矫正600-700℃2-4分-5.5mm-5mm0.5mm2高效火焰矫正600-700℃2-3分-5mm+1mm6mm通过对比试验，先加热中性轴后加热起拱部可有效的对弯曲箱梁进行矫正，效率是一般火焰矫正的4～5倍。从理论上分析，可以知道箱梁的

7、截面惯性矩越大，采用高效的火焰矫正方法矫正效率更加明显。五、应用情况在加工生产中，该火焰矫正方法已经成功的应用于移动模架牛腿梁弯曲的矫正、衬砌台车龙门架底梁的弯曲矫正、架桥机导梁的弯曲矫正。图（七）图（八）图（九）图七为利用先加热中性轴之后再加热起拱部位进行的矫正，图八为整条箱梁的矫正点。图九中为一般的火焰矫正方法进行的矫正。从图七、八、九对比可以看到，先加热中性轴之后再加热起拱部位进行的矫正方法大大的减少了矫正加热的点，矫正效率明显的比一般的加热矫正要高。六、结论在相同条件下，先加热箱梁的中性轴，降低中性轴残余应力的峰值，

8、然后再加热起拱部分进行的火焰矫正方法，比直接在起拱部分加热矫正的方法效率高4～5倍。参考文献[1]中国机械工程学会焊接学会·焊接手册·北京·机械工业出版社，2001年