火焰矫正变形的方法及应用

第34卷第6期2008年12月包 钢 科 技

Science &Technology of Baotou Steel (Group) Corporation Vol. 34, No. 6December, 2008

火焰矫正变形的方法及应用

芦永和1, 陈金刚2

(1 包钢稀土股份有限公司, 内蒙古 包头 014010;

2 内蒙古包钢钢联股份有限公司焦化厂, 内蒙古 包头 014010)

摘 要:文章论述了如何根据焊接构件的变形规律, 采用各种方法防止和减少焊接变形及应力, 正确运用火焰矫正的方法来矫正其变形, 以及火焰矫正时的加热位置加热方式, 加热温度和矫正步骤等方法。关键词:应力; 热胀冷缩; 变形规律; 工艺方法; 矫正能力; 效果

中图分类号:TG44 文献标识码:B 文章编号:1009-5438(2008) 06-0021-03

Method and Application that Flame Corrects Deformation

LU Y ong -he 1, C HEN Jin -gang 2

(1. Rare Earth Co. Ltd. o f Baotou Steel (Group ) Co rp. , Baotou 014010, Nei Monggol, China ;

2. Coking Plant o f Steel U nion Co. Ltd. o f Baotou Steel (Group ) Co rp. , Baotou 014010, Nei Monggol, China )

Abstract:According to the deformational law of weld member, the paper discusses taking all kinds of methods to prevent and reduce the deformation and the stress, correctly using flame method to correct the deformation, and the heat position, way , tempera -ture and steps in the correcting.

Key words:stress; expansion caused by heat and contraction by cold; deformation law; technical method; correction capacity; effect

钢材受高温影响, 化学成分不变, 但它的机械性能却发生了很大的变化, 焊接的加热和冷却就是一次特殊的热处理。由于工件受热的不均匀性和焊缝的冷却收缩, 焊后产生的变形和内应力是不可避免的, 但为了获得优质的焊接接头, 减少焊接应力和变形, 只要我们掌握规律就可以防止和减少焊接变形与应力。

的收缩造成了焊接结构的各种变形。既然焊接的不均匀加热会引起工件变形, 那么在一定的条件下, 我们也可利用不均匀加热的方法引起新的变形, 去矫正已发生的焊接变形。用这一新的变形来抵消焊接变形, 达到矫正焊接变形的目的。不同的加热位置可矫正不同方向上的变形, 不同的加热温度, 可获得不同矫正变形的能力。一般情况下, 加热位置选得合适, 加热温度越高, 矫正能力越强, 矫正的变形量也越大。

1 火焰矫正变形的原理

焊接过程对焊件进行局部的不均匀的加热是产生焊接变形及应力的原因。焊接以后焊缝和焊缝附近受热区的金属都发生冷却缩短。缩短主要表现在两个方向, 既沿着焊缝长度方向的纵向收缩和垂直于焊缝长度方向的横向收缩。正是由于这两个方向

收稿日期:2008-08-18

2 火焰矫正前的准备

2. 1 变形量的检测

火焰矫正前和矫正过程中, 必须对结构的变形部位及变形程度进行检查测量, 以便确定加热的位

() , , , ,

22

置和温度。方法如下:

包钢科技 第34卷

3. 3 附加机械力的确定

火焰矫正时, 附加机械力可提高矫正效果。是否需要附加机械力, 应根据构件的刚度和变形情况来定, 一般情况矫正刚度不大, 变形也较小, 则只需采用火焰加热方法即可, 不需附加机械力, 而矫正刚度和变形较大的构件, 在采用火焰加热的同时, 应附加机械力。对于薄板在矫正过程中往往也需要锤击来辅助火焰矫正。锤击时, 采用木锤, 切勿用铁锤, 以避免产生新的凹坑变形。

3. 4 水火矫正的应用

为了提高火焰矫正速度, 在火焰加热后可采用浇水冷却。冷却方式有两种:背面跟踪水冷, 正面跟踪水冷, 水火之间的距离决定了火焰成形的温度场和拘束度, 其过大或过小都会影响成形效果。当水火之间的距离过小时, 热量被水带走过多, 温度场过低, 使横向收缩量显著减少, 当水火之间的距离过大时, 拘束度下降, 加热过程中的压缩作用减小, 也会使成形效果降低。一般采用正面跟踪水冷时, 水火之间的距离为90m m 左右较好, 采用背面跟踪水冷时水火之间的相距为120mm 为宜, 同时水流量的大小决定了冷却作用的强弱和水流前沿距火焰中心的距离。加热温度一般在500~800 之间, 不得大于800 , 大于800 则会影响焊件金属组织的变化。

[3-4]

(1) 对构件的弯曲变形, 波浪变形及角变形, 一般可用直尺或拉钢丝来进行检测。

(2)扭曲变形的测量一般应将构件放在平台上进行, 利用直角尺进行检测, 若在水平位置, 还可利用线坠进行检测。

2. 2 加热位置和方式的确定

根据结构的形状, 厚度及变形的方向和变形的程度, 按火焰矫正的基本原理确定加热位置和加热方式。火焰矫正主要有3种加热方式, 应用时, 可根据下述情况进行选择。

(1)点状加热:根据结构特点和变形情况, 可加热一点或数点。主要用于变形钢板的厚度在4m m 以下, 以及圆形零件较小的弯曲变形的矫正。加热点直径应不小于15mm, 变形量较大时, 点与点之间的距离一般为50~100mm 。

(2) 线状加热(带状加热) :火焰沿直线移动或同时在宽度方向外作横向摆动, 摆动宽度为钢板厚度的0. 5~2. 0倍。它主要用于矫正变形量或刚度较大的构件。这种加热方法有3种, 直线加热链状加热和带状加热。

(3) 面状加热(三角形加热) :三角形加热区域为三角形, 由于加热面积较大因此收缩量也较大, 用于矫正厚度较大, 刚性较强, 存在弯曲变形的构件, 加热时可用两只或多只焊矩进行操作。为提高矫正效率, 常用急冷加热区法, 它的效率可比单一火焰加热法提高了3倍以上。水火矫正的加热温度和水火之间的距离, 随板厚的增加而适当的增加, 但加热温度应控制在600~800 之间。水火之间的距离为10~30mm 。

4 箱形立柱焊接后变形的矫正

冶炼厂一车间萃取厂房箱形立柱由于焊接不当, 焊后产生上拱, 旁弯和扭曲三种复杂的变形, 其残余变形值都超过了技术要求需进行矫正。箱形立柱的材料是低碳钢钢板, 因此采用火焰及附加机械力矫正。矫正共分3个步骤:矫正扭曲变形, 矫正上拱变形, 矫正旁弯变形(见图1) 。

4. 1 扭曲变形的矫正(见图1(a) )

(1) 扭曲变形的矫正, 在未矫正之前, 首先检查扭曲变形的情况, 用直角尺测出上翼板与角尺垂直边之间的距离为18mm, 由于部件刚度较大怕只用火焰矫正不过来, 所以, 需采用附加机械力来协助火焰矫正。

(2) 由于工件较大, 无法在室内进行, 而且要求精度不是很高, 所以选择场地在室外平台上进行。

(3) 选用两把H01-20型焊炬, 4#焊嘴, 火焰为中性焰。

(4) 首先将工件用压板固定在平台上, 并在扭曲3 火焰矫正前应注意的问题

3. 1 矫正场地的选择

[1-2]

矫正场地周围的温度差对结构变形的矫正, 带来一定影响。夏天在室外矫正, 由于日照的影响, 可能发生中午矫正准确, 第二天清晨测量时却不准确了。因此夏天采用火焰矫正时应在室内进行, 并注意矫正场地周围温度应均恒一致。这点对已进行精加工后的零件矫正时尤为重要。3. 2 矫正步骤的确定

矫正复杂的变形, 应确定好矫正步骤。首先矫正主要的变形再矫正其他变形, 并且在矫正后面的,

第6期 火焰矫正变形的方法及应用

23

后在工件中部上翼板和左右腹板进行加热, 上翼板加热宽度为30~40m m, 加热温度为700 左右, 钢板呈暗红色, 加热深度为20mm, 加热速度为300mm/min左右, 加热后立即拧紧螺旋拉紧器和压板螺栓。因变形不太大所以只需对左右腹板适当加热一些即可, 待工件全部冷却后, 卸除附加机械力和压板螺栓, 一次矫正了扭曲变形。4. 2 上拱变形的矫正(见图1(b) )

(1) 箱形立柱在扭曲变形矫正后, 再测量上拱变形量, 测量后得到有20mm 的上拱变形量。

(2)加热温度为800 左右, 呈樱红色, 加热速度为350mm/min, 同上面一样采用两把H01-20型焊炬, 4#焊嘴, 火焰为中性焰。

(3) 翼板的加热形状为长方形, 宽度为60mm, 腹板的加热形状为三角形。

(4) 首先从上拱量最大凸起部位的一面加热, 加热线长度等于上翼板宽度(500m m) , 腹板的加热长度等于工件高度的1/3~1/4也就是300mm 左右。

(5) 因上拱弯曲不是太厉害, 没有采用附加机械力, 同时上拱变形比较均匀, 所以加热的长方形和三角形是均匀分布的, 三角形的底边在立板的上边缘, 矫正一次成功。

4. 3 旁弯变形的矫正(见图1(c) )

(1) 通过上两项的矫正后, 再测量旁弯的变形量, 测得有30mm 的弯曲变形。因为弯曲变形超过80mm 时, 才采用附加机械力来协助火焰矫正。所以我们这次矫正没有用附加机械力, 而只采用了火焰来矫正弯曲变形。

(2) 矫正火焰同样采取中性焰, 两把H01-20型焊炬, 3焊嘴。

(3) 加热温度为800 , 呈樱红色, 加热速度为400mm/min 。

(4) 矫正时, 在翼板的侧面凸出部位加热, 先加热变形大的翼板两把焊炬同时对上下翼板加热, 加热从弯曲处开始, 从一头向另一头连续加热。

(5) 矫正旁弯后, 发现有新的上拱变形, 因此需要再次矫正上拱变形, 采用的方法和上面上拱变形一样。

(6) 因为这次矫正没有经验, 也没有掌握变形的规律, 所以才产生了二次上拱变形。

矫正后的结果:根据技术要求, 原图纸规定, 各种变形量都不得超过 1. 45mm 。上面各种变形, 经矫正后重新测量所得数据为扭曲变形误差 1. 45mm, 上拱变形误差 1. 0m m 。旁弯变形误差 1. 3m m, 符合图纸的使用要求, 不影响厂房的正常安装,

可以进行安装使用。

#

(a) 扭曲变形的矫正 (b) 上拱的矫正 (c) 旁弯的矫正

图1 箱形立柱的矫正

部矫正为止。通过这次矫正, 得出了一个规律就是在矫正上拱弯曲时, 应有意让其矫正过量一些, 在进行矫正旁弯时, 所引起的上拱变形与其预测的能相互抵消, 这样就可以省去二次矫正上拱变形的工序。

火焰矫正目前主要用于各种低碳钢, 但普通低合金结构钢的大部分也可进行火焰矫正。实践证明火焰矫正后对这些钢材性能影响不大。金属的体积

(下转第31页)

5 结束语

综合上述矫正的方法, 如果第一次加热没有全部矫正变形, 可再重复加热一次但必须注意, 第二次加热不应在已加热过的地方, 应在未加热的地方加热, 一般从还未矫正的凸出部位开始, 到凸出部位的另一头为止, 火焰移动速度应比第一次快一些。若第二次仍为全部矫正变形, 则可在重复加热, 直到全

第6期 精矿润磨优化球团矿质量试验研究

表7 润磨前后生球性能及化学成分(质量分数) 的变化

润磨情况润磨前润磨后润磨前润磨后润磨前润磨后

皂土配比/%1. 51. 22. 01. 53. 02. 5

水分/%7. 46. 67. 06. 57. 97. 7

生球落生球爆裂情况下强度

/(次 个球-1) 700 爆裂温度600 爆裂温度

2. 12. 22. 42. 73. 13. 3

无爆裂无爆裂无爆裂无爆裂有爆裂有爆裂

无爆裂无爆裂无爆裂无爆裂无爆裂无爆裂

球团矿化学成分/%

TFe 62 4562. 4861. 9962. 4161. 3761. 92

FeO 4. 784. 389. 079. 028. 267. 99

CaO 1. 521. 501. 451. 501. 501. 55

Si O 26. 606. 597. 247. 218. 017. 42

MgO 0. 780. 780. 810. 830. 790. 79

F 0. 1250. 1650. 1690. 1640. 1330. 165

31

Al 2O 30. 900. 750. 790. 840. 960. 89

从表7可以看出, 铁精矿经润磨后, 尽管皂土配比比润磨前降低0. 5%, 但其对应的生球落下强度不仅没有降低, 反而有所提高, 生球的爆裂温度无明显变化。从焙烧后球团矿的化学成分看, 铁精矿经

过润磨后, 由于皂土配比的降低, 其对应的品位均略有增加, SiO2含量略有降低。

(3) 通过本次实验室试验结果, 得到的优化参数为:润磨时间为4min 、润磨机的处理量为4kg 、润磨料水分在5%~7%之间。

(4) 在上述润磨操作参数下, 当未润磨时的皂土配比3. 0%、2. 0%和1. 5%的条件下, 相对应分别进行皂土配比为2. 5%、1. 5%和1. 2%的润磨试验, 其生球落下强度不仅没有下降, 反而有所提高, 且生球的爆裂温度无变化。因此铁精矿经过润磨工艺后, 可以降低皂土配比0. 3%~0. 5%。

(5) 球团采用润磨工艺后, 可以降低皂土配比, 有利于球团矿品位的提高, SiO 2含量的降低, 从而改善球团矿质量。

参 考 文 献

[1] 傅菊英, 朱德庆. 铁矿氧化球团基本原理、工艺

及设备[M] 长沙:中南大学出版社, 2005. [2] 张一敏. 球团理论与工艺[M] 北京:冶金工业

出版社, 1997.

3 结论

(1) 润磨工艺可以改善原料的造球性能, 从而使生球表面光滑, 可以解决生产现场生球表面粗糙的问题。

(2)润磨工艺能提高生球的强度, 降低皂土用量, 同时也降低了生球的爆裂温度。这主要由于润磨工艺增加了造球原料的-300目的含量, 从而大幅度提高了原料的比表面积。润磨工艺增加了物料的晶格缺陷, 并将一部分机械能转化成物料表面自由能。润磨工艺改变了原料的粒度特性, 原料经过润磨后造成的生球其孔隙率小、更致密。

(上接第23页)

随温度的变化而变化温度升高体积增大, 温度降低, 体积缩小, 均匀受热的金属结构, 如果其胀缩都是自由状态的, 那么冷却后则不产生任何的变形与应力焊接过程中采用合理的焊接顺序, 对防止和减少焊接变形及内应力有很好的效果。因为合理的焊接顺序能使焊接应力相互抵消。气体火焰矫正焊接变形的关键在于掌握工件变形的规律, 确定合理的加热位置和加热温度, 否则会引起相反的作用或引起附加的内应力。总之, 生产实际中所遇到的焊接变形是多种多样的有些甚至很复杂, 所以在矫正前必须

认真分析, 区别对待。

参 考 文 献

[1] 胡绳荪 焊接工程师系列教材[M] 北京:机械工业出版社, 2007

[2] 韩国明 焊接工艺理论与技术[M] 北京:机

械工业出版社, 2007

[3] 刘森 焊工技师手册[M] 北京:金盾出版社, 2006 [4] 宋小龙 新编中外金属手册[M] 北京:化学

工业出版社, 2008