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常熟康祥機械分享:焊接變形與應力的控制措施
[2024-03-11]

常熟康祥機械分享:焊接變形與應力的控制措施


在建筑鋼結構發展如火如荼的今天,形式各異的焊接機械、焊接方法日新月異,焊接技術成了一個關鍵的課題。但在施工過程中,由于焊接產生的焊接殘余應力和殘余變形,嚴重影響著工程的質量、安裝進度和結構承載,因此亟需采用合理的方法予以控制。

焊接變形的控制措施

影 響 因 素

1.1焊縫截面積的影響

焊縫截面積是指熔合線范圍內的金屬面積。焊縫面積越大,冷卻時收縮引起的塑性變形量越大,焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的,而且是起主要的影響,因此,在板厚相同時,坡口尺寸越大,收縮變形越大。

1.2 焊接熱輸入的影響

一般情況下,熱輸入大時,加熱的高溫區范圍大,冷卻速度慢,使接頭塑性變形區增大。

1.3 焊接方法的影響

多種焊接方法的熱輸入差別較大,在建筑鋼結構焊接常用的幾種焊接方法中,除電渣以外,埋弧焊熱輸入最大,在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下,收縮變形最大,手工電弧焊居中,CO2氣體保護焊最小。

1.4 接頭形式的影響

在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時,不同的接頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對接焊。

1)表面堆焊時,焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母材的約束,而且加熱只限于工件表面一定深度而使焊縫的收縮同時受到板厚、深度、母材方面的約束,因此,變形相對較小。

2)T形角接接頭和搭接接頭時,其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似,其橫向收縮值與角焊縫面積成正比,與板厚成反比。

3)對接接頭在單道 (層 )焊的情況下,其焊縫橫向收縮比堆焊和角焊大,在單面焊時坡口角度大,板厚上、下收縮量差別大,因而角變形較大。

雙面焊時情況有所不同,隨著坡口角度和間隙的減小,橫向收縮減小,同時角變形也減小。

1.5 焊接層數的影響

1)橫向收縮:在對接接頭多層焊接時,第一層焊縫的橫向收縮符合對接焊的一般條件和變形規律,第一層以后相當于無間隙對接焊,接近于蓋面焊道時與堆焊的條件和變形規律相似,因此,收縮變形相對較小。

2)縱向收縮:多層焊接時,每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層焊時的熱輸入小得多,加熱范圍窄,冷卻快,產生的收縮變形小得多,而且前層焊縫焊成后都對下層焊縫形成約束,因此,多層焊時的縱向收縮變形比單層焊時小得多,而且焊的層數越多,縱向變形越小。

控 制 變 形 的 措 施

1)減小焊縫截面積,在得到完整、無超標缺陷焊縫的前提下,盡可能采用較小的坡口尺寸 (角度和間隙 )。

2)對屈服強度 345MPa以下,淬硬性不強的鋼材采用較小的熱輸入,盡可能不預熱或適當降低預熱、層間溫度;優先采用熱輸入較小的焊接方法,如CO2氣體保護焊。

3)在滿足設計要求情況下,縱向加強肋和橫向加強肋的焊接可采用間斷焊接法。

4)雙面均可焊接操作時,要采用雙面對稱坡口,并在多層焊時采用與構件中和軸對稱的焊接順序。

5)對于長構件的扭曲,主要靠提高板材平整度和構件組裝精度,使坡口角度和間隙準確,電弧的指向或對中準確,以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構件長度方向一致。


焊接應力的控制措施

構件焊接時產生瞬時內應力,焊接后產生殘余應力,并同時產生殘余變形,這是不可避免的現象。

焊接變形的矯正費時費工,構件制造和安裝企業首先考慮的是控制變形,往往對控制殘余應力較為忽視,常用一些卡具、支撐以增加剛性來控制變形,與此同時實際上增大了焊后的殘余應力。

對于一些本身剛性較大的構件,如板厚較大,截面本身的慣性矩較大時,雖然變形會較小,但卻同時產生較大的內應力,甚至產生裂紋。

因此,對于一些構件截面厚大,焊接節點復雜,拘束度大,鋼材強度級別高,使用條件惡劣的重要結構要注意焊接應力的控制??刂茟Φ哪繕耸墙档推浞逯凳蛊渚鶆蚍植?,其控制措施有以下幾種:

1)減小焊縫尺寸:焊接內應力由局部加熱循環而引起,為此,在滿足設計要求的條件下,不應加大焊縫尺寸和層高,要轉變焊縫越大越安全的觀念。

2)減小焊接拘束度:拘束度越大,焊接應力越大,首先應盡量使焊縫在較小拘束度下焊接,盡可能不用剛性固定的方法控制變形,以免增大焊接拘束度。

3)采取合理的焊接順序:在焊縫較多的組裝條件下,應根據構件形狀和焊縫的布置,采取先焊收縮量較大的焊縫,后焊收縮量較小的焊縫;先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫,后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則。

4)降低焊件剛度,創造自由收縮的條件。

5)錘擊法減小焊接殘余應力:在每層焊道焊完后立即用圓頭敲渣小錘或電動錘擊工具均勻敲擊焊縫金屬,使其產生塑性延伸變形,并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應力。

但根部焊道、坡口內及蓋面層與母材坡口面相鄰的兩側焊道不宜錘擊,以免出現熔合線和近縫區的硬化或裂紋。高強度低合金鋼,如屈服強度級別大于345MPa時,也不宜用錘擊法消除焊接殘余應力。

6)在焊接前進行工藝仿真,預測構件在焊接后可能出現的變形。


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