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                中国电建集团指定焊接材料

                11位焊接工程师 专注50年

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                如何控制焊接应力和变形
                编辑:网络信息部   发布时间:2017-12-28 23:39:42   来源:泰申电力   人气:968

                在※建筑钢结构发展如火如荼的今天 ,形式各异的焊接机械、焊接方法日新月异 ,焊接技术成了一个关键的课题。但在施工过程中 ,由于焊接产生的焊接残▆余应力和残余变形 ,严重影响着工程的质量、安装进度和结构承载力 (即使用功能 ),因而 ,急需采用合理的方法予以控制。

                  钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固〖的热过程 ,但由于不均匀温度场 ,导致焊件不均匀的膨胀和收缩 ,从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。常见的焊ζ 接应力有 :1)纵向应力 ;2)横向应力 ;3)厚度方向应力。常见的焊接变形有 :1)纵向收缩变形;2)横向收缩变形 ;3)角变形 ;4)弯曲变形 ;5)扭曲变形 ;6)波浪变形。针对这些不同种类的焊接变形和应力分布 ,追溯根源 ,具体进行研究控制。

                1 焊接变※形的控制措施 

                  全面分析各因素对焊接变形的影响 ,掌握其影响规律 ,即可采取合理的控制措施。

                1.1 焊缝截面【积的影︾响

                  焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大 ,冷却时收缩引起的塑性变形量越大 ,焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的 ,而且是起主要的影响 ,因此 ,在板厚相々同时 ,坡口尺寸越大 ,收缩变形越大。

                1.2 焊接热输入的影响

                  一般情◤况下 ,热输入大时 ,加热的高温区范围大 ,冷却速度慢 ,使接头塑性变形区增大。

                1.3 焊接⊙方法的影响

                  多种焊接方法的热输入差别较大 ,在建筑钢□结构焊接常用的几种焊接方法中 ,除电渣以外 ,埋弧焊热输入最大 ,在其他条件如焊缝断面积等相同情况下 ,收缩←变形最大 ,手工电弧焊居中 ,CO2气体保护焊最小。

                1.4 接头形式的影响

                  在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时 ,不同的接头形式对→纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。

                  1)表面堆焊时 ,焊缝金属的横向↓变形不但受到纵横向母材的约束 ,而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束 ,因此 ,变形相〖对较小。

                  2)T形角接接头和搭接接头时 ,其焊缝横向收缩『情况与堆焊相似 ,其横向收缩值与角焊缝面积成正比 ,与板厚成反比。

                  3)对接接头在单道 (层 )焊⌒ 的情况下 ,其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大 ,在单面焊时坡口角度大 ,板厚上、下收缩量差别大 ,因而角变形较大。

                    双面焊时情况有■所不同 ,随着坡口角度和间隙的减小 ,横∮向收缩减小 ,同时角变形也减小。

                1.5 焊接层数的影响

                  1)横向收缩 :在对接接头多层焊接时 ,第一层焊缝的横向收缩符ㄨ合对接焊的一般条件和变形规律 ,第一层以后相当于无间隙对接焊 ,接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似 ,因此 ,收∏缩变形相对较小。

                  2)纵向收缩 :多层焊接时 ,每层焊缝的热输入比一◥次完成的单层焊时的热输入小得多 ,加热范围窄 ,冷却快 ,产生的收缩变形小得多 ,而且前层焊ぷ缝焊成后都对下层焊缝形成约束 ,因此 ,多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多 ,而且焊的层数越多 ,纵向变形越小。

                  在工程焊接实践中 ,由于各种条件因素的综合作〗用 ,焊接残余变形的规律比较复杂 ,了解各因素∩单独作用的影响便于对工程具体情况做具体的综合分析。所以 ,了解焊接变形产生的原因和影响因素 ,则可以采取♂以下控制变形的措施 :

                  1)减小焊缝截面积@ ,在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下 ,尽可能采用较小的坡口尺寸 (角度和间隙 )。

                  2)对屈服■强度 345MPa以下,淬硬性不强的钢材采用较小的热输入 ,尽可能不预热或适当▽降低预热、层间温度 ;优先采用热输入较小的焊接方法 ,如CO2气体保护焊。

                  3)厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。

                  4)在满足设计要求情况下 ,纵向加强肋和横向加︻强肋的焊接可采用间断焊接法。

                  5)双面均可焊接操作时 ,要采用双面对称坡口 ,并在多□ 层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。

                  6)T形接头板△厚较大时采用开坡口角对接焊缝。

                  7)采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。

                  8)采用刚性夹具固定法控制焊后变形。

                  9)采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形 ,如H形纵向焊缝每米长可预留 0.5mm~ 0.7mm。

                  10)对于▂长构件的扭曲 ,主要靠提高板材平整度和构件组装精度 ,使坡口角度和间隙准确 ,电弧的指向或对中准确 ,以使焊缝角度变形和翼板及▲腹板纵向变形值与构件长度方向一致。

                  11)在焊缝众多的构件组焊时或结々构安装时 ,要采取合理的焊接顺序∏。

                  12)设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸 ,合理布置焊缝 ,除了要避免焊缝密集以外 ,还应使焊缝位置尽◥可能靠近构件的中和轴 ,并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

                2 焊接应力的控制措施 

                  构件焊接时产生瞬时内应力 ,焊接后产▓生残余应力 ,并同时产生残余变形 ,这是不可避◥免的现象。

                   焊接变形的矫正费时费工 ,构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形 ,往往对控制残余应力较为忽视 ,常用一些卡具、支撑≡以增加刚性来控制变形 ,与此同时实际上增大了焊后的残余应力。

                   对于一些本身刚性较大的构件 ,如板厚较大 ,截∮面本身的惯性矩较大时 ,虽然变形会较小 ,但却√同时产生较大的内应力 ,甚至产生裂纹。

                  因此 ,对于一些构件截面厚大 ,焊接节点复杂 ,拘束度大 ,钢材强度级别高 ,使用条件恶劣的重要结构◢要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布 ,其控制措施有以下几种 :

                  1)减小焊╳缝尺寸 :焊接内应力由局部加热循环而引起 ,为此 ,在满足设计要求的ξ条件下 ,不应加大焊缝尺寸和层高 ,要转变焊缝越大越安全的观念。

                  2)减小焊接拘束度 :拘束度越大 ,焊接应♂力越大 ,首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接 ,尽可能不用刚性固定的方法控制变形 ,以免增大焊接拘束度。

                  3)采取合理的焊接顺序 :在焊缝较多的组装条件下 ,应根据构件『形状和焊缝的布置 ,采取先焊收缩量较大的焊缝 ,后焊收缩量较小的焊缝;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝 ,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。

                  4)降低焊件刚度↘ ,创造自由收缩的条件。

                  5)锤击法减小焊接残余应力 :在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工具∑均匀敲击焊缝金属 ,使其产生塑性延伸变形 ,并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。

                  但根部焊「道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击 ,以免出现熔合线和近缝区的硬化或裂纹。高强度低←合金钢 ,如屈服强度级别大于 345MPa时 ,也不宜用锤击法消除焊接残余应力。

                  6 )采用抛丸机除锈 :通过钢丸●均匀敲打来抵消构件的焊接应力。

                  综上所述 ,在施工过程中 ,一定要了解焊接工艺 ,采用合理的╲焊接方法和控制措施 ,以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验 ,综合分∞析考虑的各种因素 ,可以保证工程中的焊接质量。


                本文关键词:如何控制焊接应力和变形


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