热处理变形的影响因素

热处理变形的影响因素（共8篇）

热处理变形的影响因素 篇1

1 引言

金属的材料热处理是将固态的金属或者合金, 通过高温加热的方式, 直接冷却、保温冷却、突然冷却的方式将金属内部的组织和结构进行改变, 在此过程中为了能够获得更好的结果, 经常加入化学材料或者机械工艺材料。热处理工业是获得金属合金的主要方式, 也是获得大量可靠、安全材料性能的主要方式。在当前不少金属材料中, 热处理的合金经常能够有着抗高温、抗变形、抗腐蚀等重要的作用。

但是在现实中的热处理工艺经常会产生不少问题, 所加入的材料和化学催化剂作用不完全、物理作用下, 金属已经发生变形或者内部发生断裂等情况, 这些都是在机械加工过程中应当避免发生的。而这些情况又都是不可避免发生。这两种相互作用的结果将直接导致所出产品的质量和性能。如果我们能够在产品的保质温度下进行产品锻炼或者产品融合, 就可以保证在产品变形之前获得较好的产品性能和产品质量。

2 热量是工件变形的关键

工业中生产的产品所处理的热工艺非常的多, 通过加热、正火、回火、淬火、冷却, 再加热等方式, 他们之间互相的关键其实在于热作用的过程, 主要都是通过加热、保温、冷却三个方式进行。而整个工作处理的过程中往往可以通过加热速度、加热温度、保温速度、保温时间、冷却速度、冷却时间以及热处理的周期等几种重要的工作参数进行测量和计算。

在热处理工艺过程中, 要将材料进入各种加热炉进行加热, 金属热处理的整个过程都是会在这些加热炉中进行的。 (如基本热处理中的退火、淬火、回火、化学热处理的渗碳、渗氨、渗铝、渗铬或去氢、去氧等等) 。

为了保证金属的整个加热效果, 测量炉内温度和炉内降温速度成为了热处理的重要工艺参数。每一种热处理工艺规范中, 温度是很重要的内容。如果温度测量不准确, 热处理工艺规范就得不到正确的执行, 以至造成产品质量下降甚至报废。温度的测量与控制是热处理工艺的关键, 也是影响变形的关键因素。

(1) 工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减少, 塑性抗力增强。这样工件的抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的综合能力增强, 变形就会减少。

(2) 工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间减少, 由此而引起的各部位温度不一致性也会降低, 由此而导致的热应力和组织应力也相对减少, 这样变形就会减少。

(3) 如果工艺温度降低、且热处理工艺时间缩短, 则工件的高温蠕变时间减少, 变形也会减少。

3 变形的其它影响因素及减小措施

3.1 安排加热的工艺排序和冷却的方式

不同的零件要求对于其内部的结构式不同的, 因此要进行热处理必须要对零件的内部结构有着充分的了解和认识, 在进行热处理前对于加工材料的分析和计算, 并通过实验结果证明加工的温度和冷却的方式符合当前零件的需求。

在加工工艺工程中, 通过预定的热处理尽可能减少变形的发生和, 最终达到变形量最小的目的。不过如此进行加工, 会导致加工成本过高, 加工工艺复杂, 且浪费时间, 因此在一般的加工工艺过程中, 除非有特别要求进行加工的零件, 才会采用此种方式进行。

3.2 加工前预热处理

由于热处理属于直接对产品进行加热, 正火的温度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都很容易导致温度过大, 零件内部孔长大增加空间, 如果直接加入或者快速加热很容易当整个零件直接断裂, 因此加热过程中, 应当通过控制温度正火或者等温退火、等温加热的方式来处理锻件。金属的正火、退火工艺已经通过加热的材料和保温的速度都会对金属的最终变形量产生巨大的影响, 甚至应当到金属内部组织结构上的变化, 在不断试验证明, 使用正火进行等温淬火可以让金属内部组织区域均匀, 是的变形量达到最小, 其产品的性能也能获得较高。

3.3 合理的冷却方法

使用金属淬火后冷却过程也是影响零件变形的主要原因之一。淬火的工艺中一般可以分为:热油淬火、冷油淬火的方式, 而热油淬火往往比冷油淬火的变形量小, 一般如果能够将温度控制到100±20℃, 热油就能够将零件的温度逐渐降温, 从而保证零件的内部结构相应的不产生大幅度变化。值得一提的是, 热油淬火的关键是在油的冷却能力上, 如果淬火的油冷却能力较大, 冷却不均匀, 其将会导致热油无法均匀降低零件热量, 导致零件内部应力增加, 温度不均匀将会生成, 零件内部断裂或者变形增大。因此在保证模具硬度前应尽可能采用预热的方式, 通过分级冷却淬火就能相应的减少模具变形的热应力和组织应力。

3.4 零件分布结构要合理

金属热处理之后再冷却的过程中, 一般而言金属零件都会产生热传递, 薄的部分将会传热量较快, 厚的部分传递的热量较慢。在生产工艺冷却环节中, 应当尽可能的了解当前生产的需求, 尽可能减少工件的厚薄悬殊。要求零件的横截面保持均匀。以减少整个过渡区的应力因为热量分布的不均匀产生的畸变与开裂。工件如果有薄厚变化的, 应当通过薄的部分持续加热, 而厚的部分适当降低温度, 让双方温度保持大致一致, 然后再逐级进行温度递减, 保证温度的一致性。为了保证工件的稳定和安全, 工件应当避免尖锐棱角、沟槽等。在工件的厚薄交界处、台阶处要有圆角过渡;尽量减少工件上的孔、槽筋结构不对称;厚度不均匀零件采用预留加工量的方法。

3.5 合理的装夹方式及夹具

工件的制作过程中装夹和夹具的使用也需要注意加热冷却均匀, 防止热应力、组织应力不均匀导致产品变形而损坏产品。在此种方式上, 可以通过改变整个装夹的方式、盘类零件与油面零件相互垂直, 轴类零件立装, 使用补偿垫圈, 支承垫圈, 叠加垫圈等, 花键孔零件可用渗碳心轴等。

3.6 机械加工

当热处理是工件加工过程的最后工序时, 处理热量的畸变在允许值中应当满足于图样上的规定工件尺寸, 而畸变量是工件绘制图上的加工尺寸而确定的。因此工件的畸变规律在进行预先修正和调整, 防止在畸变过程中, 工件由于畸变过大而导致的尺寸发生巨大变化。

热处理的畸变在工件运行的合理范围内, 通过可以通过计算而定, 计算的公式应为:热处理前的加工余量应视为机加工余量和热处理畸变量之和。由于热处理存在的影响因素较多, 在确定畸变量时, 不能将整个变量定死, 要留有一定的变量空间来保证加工过程中其他因素产生的畸变量。热处理后在进行加工, 根据工件的变形规律, 施用反变形、收缩端预胀孔, 提高淬火后变形合格率。

4 结束语

热处理是处理整个零件的性能的主要方式, 通过加强热工件的强度和硬度, 通过化学、物理等方式进行改造, 减少工件变形, 增加工件的性能。我国当前在处理工艺依然存在着大量的不足, 因此我们需要不断学习国外先进的科学技术, 同时通过自我研发、自我创新的技术能力提升, 在创建高热处理工件的质量和合格率, 为我国热处理工业做出自己的贡献。

参考文献

[1]合金钢.合金钢[M].北京:机械工业出版社, 1997.[1]合金钢.合金钢[M].北京:机械工业出版社, 1997.

[2]姚璐年.钢的特处理裂纹和变形[M].北京:机械工业出版社, 1987.[2]姚璐年.钢的特处理裂纹和变形[M].北京:机械工业出版社, 1987.

影响城市污水处理系统的因素探讨 篇2

摘要:本文分析和论述了影响城市污水处理系统的几个主要因素,着重对曝气技术在城市污水处理工艺的主导地位和技术应用进行阐述。

关键词:城市污水 曝气技术 工程设计

中图分类号:TU984文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0172-01

水是我们人类所共有的、有限的资源。大气中的水分变成雨水降到地表,其中一部分蒸发或者渗入地下,而大部分泄入江河,流到大海,再通过江、海、河、湖返回大气中,形成完整的大自然水循环体系。在这一循环过程中,人类所利用的水被污染,而被污染的水只有经过处理得到净化,才能重新回到大自然的水循环体系中。因此,污水处理的作用是极为重要的,是保护人类水环境,提供舒适的生活空间及作为资源有效利用所必须的和必不可少的重要环节。

1城市污水处理工程设计中的关键问题

1.1污水管网设计

城市污水管网担负着城市污水的收集和输送,是连接污水产生源和污水处理厂的重要的、不可缺少的环节。一般说,凡在新建市、区或扩建新区建设污水处理工程时,宜采用分流制;在已建成合流制排水系统的旧城区、小城镇等,宜将原合流制直泄式排水系统改造成截流式合流系统;在雨量稀少地区,如我国西北的部分地区或者边远小城镇,由于污水处理规模小,街道狭窄,两侧建筑密集,施工复杂,无条件修建分流制排水系统,也可考虑采用合流制排水系统。值得注意的是,当截流倍数较大时,旱季和雨季污水量相差较大,污水处理厂的进水水量及水质都随之发生相应波动,造成冲击负荷,因此在污水处理厂工艺流程设计和设计参数选择时应对该水量、水质变化进行必要的分析和校核,保证处理厂出水稳定达标。

1.2垃圾渗滤液对污水处理厂的影响

国内一些城市,特别是中小城镇,当垃圾处理规模不大,且距城市污水处理厂较近时,往往将垃圾渗滤液经预处理或不经处理直接排入城市污水处理厂。这种情况下,设计城市污水处理厂时,需十分注意由于垃圾渗滤液高浓度废水的进入而给处理厂进水带来的水质变化。处理厂规模越小,其影响越大,渗滤液处理量与污水处理厂处理规模的比值越大,对设计参数选择、设备选型及工程费、运行费等影响越大。

1.3除臭技术

随着我国对环境质量要求的提高和污水处理技术的发展,在设计污水处理厂的同时,考虑除臭设施已提到议事日程。除臭方法常用有活性炭吸附法、化学药剂吸收法、土壤法及生物法。由于活性炭吸附法去除高浓度臭气效率低且价格高;化学药剂吸收法臭气去除效率低且操作管理复杂;土壤法则适合低浓度臭气去除及占地面积大等不足,目前国内外广泛采用生物除臭法,即利用微生物除臭。该法具有适合于各种臭气浓度的脱除,且具有效率高,不产生二次污染及运行费用低等优点。因此,在我国建议采用生物除臭更为经济合理。

2影响城市污水处理系统的关键技术

城市污水属于可生化处理的中性污水,工艺技术要求并不太复杂,而城市污水处理工艺技术方案的关键因素是曝气技术的选用。

2.1曝气技术的重要地位

城市污水主要污染物成份基本都是容易被微生物分解的物质。在城市污水处理工艺技术方案中,采用曝气充氧培养微生物对有机污染物质进行分解,这一基本原理都是相同的。一般都是采取初沉、曝气、二沉、回流或排出的工艺流程;近年来还出现了曝气、二沉、回流或排出的三合一体间歇式曝气工艺。

曝气充氧是城市污水处理工艺运行中最重要的技术保障手段,也是工艺运行的动态控制核心;在城市污水处理运行费用中,动力消耗所占比例约为80%,而曝气充氧能耗又要占装置总动力消耗的约80%;由此可见,所选用的曝气形式及技术在城市污水处理工艺技术方案中的重要地位。

2.2曝气技术的基本分类

①传统的分类曝气技术传统的分类方法是按照设备性质区分的,分为三种基本形式。

表面曝气—采用机械运动的方法,使水体表面不断更新与空气接触;表面曝气分为叶轮表面曝气与转刷(盘)表面曝气两种。

射流自吸—利用水体的射流作用吸入空气。

鼓风曝气—风机鼓风经曝气器扩散向水体中输入空气(或纯氧)。

②按照流体运动性质的新分类曝气技术的实质就是使气相中的氧向液相中转移,传统的分类方法难以反映曝气技术的实质问题。使气相中的氧转移为液相中的溶解氧,是通过流体运动形成气液接触界面而完成的。

2.3鼓风曝气是曝气技术的发展趋势

在城市污水处理工艺技术中,有越来越多的工程技术人员认识到了鼓风曝气技术具有动能消耗合理和充氧效率高的优点,因此鼓风曝气技术在城市污水处理工艺技术中越来越得到普遍的应用。

2.4终端设备是鼓风曝气技术的关键

鼓风曝气技术的终端是关键设备气流扩散装置——曝气器。鼓风机经管道鼓入曝气池的气相流体,最终是由曝气器对气流的扩散而产生起氧传递作用的气液接触界面;曝气充氧效率、曝气运行可靠程度的长久性、氧传递均衡性与氧供给长期稳定性等等曝气技术性能如何,完全是要取决于曝气终端设备(曝气器)的功能作用。

2.5旋混曝气器

本世纪九十年代初,我们就开始着手研究曝气器的气流扩散问题,经过大量的实验研究与运行实践经验的总结,确立了采用阻力小且无堵塞的大孔排气结构,经旋流、旋混与倒齿等多种结构扩散作用产生细泡的曝气技术,生产制造了“旋混曝气器”。从近年在湖南与广东两地的应用情况来看,旋混曝气器突出表现了效率高、可靠性好、对长期稳定运行有保障的优点,深得用户的好评。

3结语

自然系统和人工系统相结合的系统叫复合系统。市场经济条件下的城市污水处理系统,就是一个开放的复合系统。所谓开放的复合系统,是指这个复合系统,还与外界环境中的种种系统进行着交换。城市污水处理系统的整体目标是:导、治结合,实现污水处理“四化”。“四化”——一是减量化,即污水、能耗、物耗的减小;二是无害化,即污水处理的过程与结果对人及受纳水体无害;三是资源化,即污水处理后的循环回用;四是产业化,即污水处理按市场机制形成产业。

参考文献:

[1]徐志嫱,魏红,黄廷林.污水采用集中或分散处理再生回用的经济比较[J].中国给水排水,2007.

[2] 张丽丽,徐得潜.城市污水处理厂布局优化的经济性判据[J].山西建筑,2009.

[3]王文雯.城市河流治理生态效应优化模式探索[D].山东师范大学,2004.

[4]周雹.论中小型城市污水处理厂工艺选择[A].中国环境保护产业发展战略论坛论文集[C],2000.

热处理淬火变形因素的探讨与教学 篇3

一、钢的淬透性对零件淬火热处理变形的影响

淬透性不同的钢材, 淬火后得到的淬硬层深度也不同, 钢的淬透性与钢的临界冷却速度有密切的关系, 临界冷却速度越低, 钢的淬透性越好。因此淬透性好的钢, 在淬火冷却时就可采用比较缓和的淬火介质, 从而有效减少工件淬火的变形及开裂倾向。钢的淬透性主要取决于钢本身的内在因素, 即钢的化学成分和奥氏体的状态。凡是能增加过冷奥氏体稳定性的因素都能提高钢的淬透性。例如, 钢中加入合金元素Mn、Cr、Si、Ni等, 当它们溶入γ-Fe后, 就能增加过冷奥氏体的稳定性, 降低临界冷却速度, 从而使钢的淬透性提高。因此, 在机械制造中, 对于形状复杂的、受力较大的或大截面的重要零件应选择淬透性好的合金钢, 经淬火及回火处理, 既能获得所需要的力学性能, 又能减少变形及开裂。

二、钢的原始组织对零件淬火变形的影响

工件淬火前的原始组织, 例如, 碳化物的形态、大小、数量及分布, 合金元素的偏析, 锻造和轧制形成的纤维方向都对工件的热处理变形有一定影响。球状珠光体比片状珠光体比体积大, 强度高, 所以经过预先球化处理的工件淬火变形相对要小。如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等, 这些钢在锻造加工以后, 必须进行球化退火, 将片状珠光体变为球状珠光体。在淬火加热时, 奥氏体晶粒不易长大, 冷却时工件的变形和开裂倾向小。另外, 偏析现象和网状组织, 对淬火后工件的变形、特别是对细长轴的弯曲变形影响很大。材料的本质晶粒度越细, 屈服强度越高, 对变形的抗力越大, 工件淬火后的变形量就相应减小。条状碳化物分布对工件的热处理变形有很大影响, 淬火后平行于碳化物条带方向工件膨胀, 与碳化物条带相垂直的方向则收缩, 碳化物颗粒愈粗大, 条带方向的膨胀愈大。对于Cr12类型钢和高速钢等莱氏体钢来说, 碳化物的形态和分布对淬火变形的影响尤为显著。由于碳化物的热膨胀系数小, 约为基体的70%, 因而在加热时, 沿条带状分布的碳化物方向上, 膨胀较小的碳化物抑制了基体的伸长;而冷却时, 收缩较小的碳化物又会阻碍基体的收缩。由于奥氏体化加热温度较缓慢, 碳化物对基本膨胀的抑制作用较弱, 故条带状分布的碳化物对工件淬火加热变形的方向性影响较小。但在淬火冷却时, 由于冷却速度快, 碳化物对基体收缩的抑制作用增大, 所以淬火后沿碳化物条带方向呈现较大的伸长。

三、淬火介质对零件淬火热处理变形的影响

淬火为了得到马氏体, 冷却速度就必须大于临界冷却速度, 而过快冷却又会引起很大的内应力, 造成工件的严重变形, 甚至开裂。但根据碳钢的过冷奥氏体等温转变曲线可以知道, 要求淬火得到马氏体并不需要在整个冷却过程中都进行快速冷却, 其关键是在c曲线鼻尖部附近 (550℃左右) 需要快冷, 而在650℃以上或400℃以下温度范围, 并不需要快冷, 特别在Ms线附近发生马氏体转变时需要缓慢冷却, 使马氏体转变时产生的热应力和组织应力最小, 以防止淬火变形和开裂。大量的生产实践表明, 在都能满足淬硬要求的条件下, 油中淬火后工件的淬火变形通常比水性介质中的要小, 热油中淬火的变形又更小。与油性介质相比, 采用高压气淬或者在低温盐浴中淬火的工件变形程度还更小。

四边形, 所以H AJ//A1B, 因为

线面平行关系的判断和证明是空间线面位置关系的研究重点之一, 也是高考的常考题型。它包括直线与直线的平行, 直线与平面的平行以及平面与平面的平行。判断线面平行可以有三种思维策略: (1) 从概念考虑, 即依据线面平行的定义作思考, 这就需要证明直线和平面没有公共点, 证明方法通常选择反证法。 (2) 从降级角度考虑, 即通过证明线线平行来证明线面平行。其依据为线面平行的判定定理:如果平面外一条直线和这个平面内的一条直线平行, 那么这条直线和这个平面平行。证明方法通常是把平面外的这条直线经过平移, 移到这个平面中去。 (3) 从升级角度考虑, 即通过证明面面平行证明线面平行, 其依据:两个平面平行, 其中一个平面内的直线必平行于另一个平面。证明方法是找出一个与这个平面平行的平面, 使得这条直线恰好在这个平面内。

在证明线面平行的过程中, 我们通常采用第二种方法:将线面平行转化为线线平行的问题, 从而也将立体几何问题转化为平面几何问题。如此, 在平面中找到和已知直线平行的直线便成了解题的关键。教学过程中, 发现很多同学凭感觉去找那条直线。当然, 有时候数学的直觉对于解题好比是一把金钥匙, 它可以引导你顺利的解题。然而, 这种数学的直觉却是可遇不可求的, 能不能借助什么方法去找到那条关键直线而不是凭灵光一现呢?

一、理论依据

线面平行的性质定理:如果一条直线和一个平面平行, 经过这条直线的平面和这个平面相交, 那么这条线和交线平行。方法:找和已知直线、已知平面都相交的第三条直线, 则它和已知直线确定的平面与已知平面的交线就是平面内和已知直线平行的直线。 (如图1)

二、例题示范

如图2, 已知在三棱柱ABC-A1B1C1中, 点D是BC边上的中点。求证:A1B//平

面AC1D。看完这个题目, 直觉就是想连接侧面AC1的另一条对角线A1C, 设对角线的交点为E, 连接DE, 这恰好是三角形A1BC的中位线, 从而实现了线段A1B的平移。为什么会想到这么作辅助线呢?除了这一种辅助线作法以外, 还有没有其他作辅助线的方法呢?下面我们就采用上面叙述的方法来做一做。在这个三棱柱中, 和线段A1B、平面AC1D都相交的线段有BC、A1C1、AB、A1A。其中, 每一条线段都可以和已知线段A1B构成一个新的平面, 通过找新平面和平面AC1D的交线, 从而实现线段A1B的平移。

方法一:确定线段BC, 它和线段A1B构成平面A1BC, 从而自然连接线段A1C。如图3所示, 连接A1C, 交AC1于点E, 连接DE (平面AC1D与A1BC的交线) , 则在三角形A1BC中, DE为其中位线, 有DE//A1B, 又因为A1B埭平面AC1D, DE奂平面AC1D, 所以A1B//平面AC1D。

方法二:确定线段A1C1, 它和线段A1B构成平面A1BC1, 过点B作BG//AC, 交AD的延长线于点G, 连接C1G (平面AC1D与A1BC1的交线) 。实际上, 此时可将三棱柱补全为一平行六面体, 如图4所示。则有C1G//A1B, 因为A1B埭平面AC1D, C1G奂平面AC1D, 所以A1B//平面AC1D。

方法三:确定线段AB或A1A, 它和线段A1B构成平面A1B, 恰为三棱柱的侧面。延长B1B, C1D交于点J, 连接AJ (平面AC1D与A1B的交线) 。实际上, 此时可将三棱柱纵向拉升为原来的两个, 如图5所示。在JB1C1中, BD//1

B1C1, 则BJ=BB1=AA1, 又BB1//AA1, 所以

BJ//AA1, 即四边形AA1BJ是平行

A1B埭平面AC1D, AJ奂平面AC1D, 所以A1B//平面AC1D。

三、小结

立体几何中巧妙地添加辅助线会给解题带来很大的便捷, 我们往往注重巧妙本身而忽略了巧妙的来源。巧妙背后其实隐藏着更为重要的内容, 那就是解题方法。掌握了解题的基本方法, 我们就不必再依赖于数学灵感的乍现;掌握了解题方法, 我们就可以收到事半功倍的效果。当然, 这个题目除了可以用线面平行的判定定理来证明, 还可以用面面平行的性质来证明, 文章就不再赘述。所谓条条道路通罗马, 不管走哪条路, 作为教授者应该把如何上路的方法揭示出来, 而不是直接把学生送到那条道路上, 从而真正体现“授之以鱼, 不如授之以渔”。

(常州刘国钧高等职业技术学校)

●贾凌云

四、零件的几何形状对零件淬火变形的影响

为了防止变形和开裂的产生, 从零件本身考虑, 应力求结构对称, 截面均匀, 尽量避免尖角。几何形状复杂, 截面形状不对称的工件, 例如带有键槽的轴、键槽拉刀等, 淬火冷却时, 一侧散热快, 另一侧散热慢, 是一种不均匀的冷却。如果在Ms以上的不均匀冷却引起的变形占优势, 则冷却快的一面是凹面;若在Ms以下的不均匀冷却引起的变形占优势, 则冷却快的一面是凸面。增加等温时间, 增长贝氏体转变量, 使残余奥氏体更加稳定, 减小空冷中的马氏体转变量, 可使工件的变形量显著减小。

五、淬火方法对零件淬火变形的影响

在实际生产中, 目前还没有一种冷却介质能完全满足理想淬火介质的要求, 所以还应根据工件的成分、尺寸、形状和技术要求选择合适的淬火方法。例如:双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火等。双介质淬火在钢件奥氏体化后, 先淬入一种冷却能力强的介质中, 在钢件还未达到该液淬火介质温度之前取出, 马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却, 这样钢件既能淬硬, 又能显著减小淬火应力。这种淬火方法常用于淬透性不高的碳钢所制成工模具, 以及要求得到较大淬硬层的合金钢大件;马氏体分级淬火在

钢材奥氏体化后, 随之投入温度在钢的Ms点左右的液态介质 (盐浴或碱浴) 中, 保持适当时间, 待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷, 以获得马氏体组织的淬火方法。马氏体分级淬火既避免高温时奥氏体分解, 又达到低温时缓慢冷却的目的, 减小了淬火应力, 且硬度均匀。分级淬火是防止变形和开裂的有效淬火方法。马氏体分级淬火法在工艺上虽然比较理想, 操作容易, 但由于它在盐浴或碱浴中的冷却速度较慢, 故只适用于过冷奥氏体比较稳定的合金钢、或尺寸较小的零件;贝氏体等温淬火在钢件加热奥氏体化后, 随之快冷到贝氏体转变温度区间等温保持, 使奥氏体转变为下贝氏体的淬火方法。下贝氏体组织中的碳化物弥散度大, 具有高硬度和良好的韧性。等温淬火处理的内应力显著下降, 变形量小, 适于处理小型的精密零件, 如冷、热冲模, 精密齿轮等。另外, 由于下贝氏体组织结构均匀, 产生微裂纹的可能性很小。

浅析焊接变形的控制以及影响因素 篇4

关键词：控制,焊接变形,措施,影响因素

1 影响因素

根据焊接过程中受到热力作用而发生的形变不同可以将焊接形变分为瞬态热变形以及残余变形两种。

焊接变形会受到多种因素的影响, 但归纳起来主要受到了工艺、结构以及材料的影响。

1.1 工艺影响

焊接变形受到工艺的影响较多, 例如焊接电压量、焊接方法以及构件定位、固定方式和焊接胎架、顺序、夹具等都会对焊接形变造成较大的影响。在各种工艺影响中, 对于变形影响较为明显的即焊接顺序, 焊接顺序会对焊接的残余形变和应力分布造成直接影响, 从而通过焊接顺序改变的方式能够有效降低焊接的变形量。另外, 多层焊对于焊接变形的影响也十分巨大, 焊接工作人员在实际的操作中通过经验的总结, 利用一些特殊的工艺规范以及措施, 尽可能的对残余应力进行降低, 并减少了焊接的变形, 通过有效改善应力分布状态达到预期目的。

1.2 结构影响

焊接变形中最关键的影响因素即焊接结构, 同时也是最复杂的影响因素。其对焊接变形的影响主要随着拘束度的改变而改变, 由于拘束度变化, 焊接处的焊接应力也会随之改变, 因而会对焊接变形造成影响, 若是拘束度增加则焊接变形会减少。另外焊接的过程中, 工件拘束度会发生变化, 其自身的结构为变拘束结构, 同时还会受到外界的拘束影响。但是在焊接中, 一般情况下自身的作用占据主导, 并且结构自身会在焊接时发生变化, 结构越复杂, 变化越大, 在对焊接结构进行设计时, 需要通过加强板以及筋板等结构对刚性和稳定性进行增加, 当发生较大的拘束度变化时, 对分析控制焊接变形工作带来了较大的难度。所以需要适当的优化钣金以及结构板的厚度、位置和数量, 在焊接变形的控制和降低中具有重要意义。

1.3 材料影响

材料影响不仅仅是说焊接材料的影响, 在焊接过程中母材也会对焊接变形造成一定的影响, 焊接形变会对材料的物理参数、力学性能以及热物理参数等都会对其造成影响。而在焊接变形中力学性能的影响较为复杂, 会从多角度多方面对结果造成影响, 其中膨胀系数对于变形的影响较为显著, 越大的热膨胀系数会产生越大的变形。同时, 温度的变化率越大在材料的高温区其弹性模量、屈服极限也会随着改变, 一般而言, 形变量会随着弹性模量的增大而减小, 但是材料屈服极限越高焊接后其残余应力便会越大, 极易造成脆性断裂。另外, 过小的塑性形变会使得焊接变形量相对降低, 塑形区的减小也会降低焊接变形。

2 控制

2.1 设计控制

2.1.1 尺寸形式的合理选择。

焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大, 不但焊接量大, 而且焊接变形也大, 因此, 在保证结构承载能力的条件下, 设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头, 在保证相同的强度条件下, 采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属, 对减小变形有利。

2.1.2 焊缝的数量控制。

在进行焊接设计时, 对焊接结构中需要适用的筋板应当进行合理的选择, 将筋板放置在合理适当的部位, 用以降低焊缝的数量, 不需要进行焊接的地方尽量避免进行焊接, 一次降低形变。

2.1.3 焊缝位置的控制。

在对焊接结构进行实际时, 应当将焊缝设计为截面中性轴的对称位置, 或者尽可能的和中性轴接近, 如此能够有效减少挠曲变形。

2.2 工艺控制

从工艺上进行控制主要指构件在生产时, 能够通过采用一系列的有效手段, 在焊接之前进行变形的预防, 并在焊接过程中予以重视, 并在焊接后通过一些工艺调整进行控制。

2.2.1 预防措施。

该种方式又被称作反变形法, 主要是根据焊接变形的方向以及大小, 在装配工件的过程中, 将焊接的残余形变相反的形变予以应用, 即反变形量, 同焊后的残余形变相互抵消, 以此令工件恢复到原有应当达到的设计尺寸以及需要的几何形状。

在薄板平面构件中, 预拉伸法应用较为广泛, 大多都在有预先膨胀量的状况或者在板材有预张力的状态下才予以应用。在焊接之后, 进行加热或者去除拉伸, 使得薄板恢复到原有状态, 能够有效的去除或者降低残余应力, 对形变予以有效的控制。

通过夹具或者采用刚性胎具进行固定组装的方式, 被称作刚性组装法, 能够有效的对焊件进行固定, 控制角变形以及构件的弯曲变形。

2.2.2 焊接过程中的变形控制。

在焊接过程中的控制主要可以通过焊接方式的合理选择以及焊接参数和焊接顺序的科学确定进行, 通过随焊两侧加热、跟踪激冷以及碾压等措施有效控制变形量。在焊接方法的选择中, 需要选择线能量较低的方式, 对焊接规范参数进行有效合理的参数控制, 对焊接变形进行有效的预防。通过上述方式可以对残余应力以及焊接变形进行有效的降低和减少。而两侧加热的随焊方式能够使得最大剪切应变以及横纵向的应变分布更加均匀, 变化更为平缓, 从而对焊接的参与应力以及形变作用进行影响。而碾压的方式则需要考虑到设备以及适用的便捷度问题, 因此一般的生产中该种方式不能得到广泛的推广, 但是在焊接形变的控制上, 随焊碾压的方式效果是最为理想的。而最后的激冷法, 在减少变形以及降低残余应力方面的效果也较为理想。

在焊接变形以及残余应力的改变中焊接顺序的影响最大, 通过焊接顺序的不同, 使用的工艺方式也会有所变化, 残余的焊接应力的分布也会发生改变, 应力的降低幅度整体来说变化较大, 而对于焊接变形的控制上, 作用较大, 其中多道焊接的方式对于焊接变形的作用更加显著。

2.2.3 变形矫正。

在完成焊接之后, 通过适当的矫正措施能够对已经出现的形变进行针对性的消除以及矫正, 根据应用的方式差异, 可以将焊接厚度矫正分为加热方式矫正以及机械方式矫正两种措置。而加热矫正又可以分为局部加热矫正以及整体加热矫正两种方式。

局部加热矫正的方式主要利用火焰对元件的局部予以加热, 由于高温作用, 材料本身的感性制约会对其热膨胀进行约束, 从而会在局部产生压缩塑性形变, 在降温冷却过程中发生收缩, 从而抵消了由于焊接而造成的伸长变形, 用以矫正。

而整体的加热矫正方式则是对构件的整体进行加热, 通过加热到锻造温度对构件进行整体性的矫正, 该方式能够对较大的形变进行消除。但是该方式在矫正后会发生冶金副作用, 所以在应用上受到了限制。

3 结束语

通过上述分析, 发现, 焊接变形的影响会受到内部和外部因素的多重影响, 控制焊接变形的方式需要建立在对该种因素了解的基础之上, 并从工艺上进行优化和改进, 减少焊后残余应力, 并对焊接变形进行消除, 以减少由此带来的一些隐患。

参考文献

[1]马志才, 唐元生.金属粉芯型气体保护焊丝在管道焊接中的应用[J].安装, 2008年11期.

[2]李子水, 孙东华, 张桃, 帅龙飞.低温钢16MnDR大型矩形截面结构焊接工艺及焊接变形控制浅析[J].安装, 2012年01期.

对成都粘土变形的影响因素探讨 篇5

1 天然含水率与50 (k Pa) 下膨胀率的对应关系

1.1 影响的机理分析

在一定压力下的膨胀率δep定义为:在不同的压力下, 处于侧限条件下的原状土样在浸水后, 其单位体积的膨胀量 (以百分数表示) , δep按下式计算:

其中hw—在侧限条件下土样浸水在压力为膨胀稳定后的高度;

h0—试验开始是土样的原始高度。

影响膨胀变形的因素有:

矿物成分:

膨胀土主要由蒙脱石、伊利石等亲水矿物组成, 这些矿物具有既易吸水又易失水的强烈活动性。

微观结构:

膨胀土的膨胀变形很大程度上取决于这些矿物在空间分布上的结构特征, 成都粘土的微观结构为积聚体与积聚体彼此面与面接触形成的分散结构, 这种结构具有很大的吸水膨胀和失水收缩的特性。

土的密度和含水量:

土的膨胀表现于土的体积变化。在同样的天然含水量条件下浸水, 天然孔隙比愈小, 土的膨胀愈大, 其收缩变小, 反之, 孔隙比愈大, 收缩愈大。因此, 在一定条件下, 土的天然孔隙比是影响胀缩变形的一个重要因素。

土的结构强度:

结构强度愈大, 土的膨胀收缩变形愈大。土的结构受到破坏后, 土的胀缩性随之增强。

因此看见, 天然含水率对土的膨胀变形起着很大的作用, 随着天然含水率的增大, 土的密度减小, 孔隙比增大, 所以在一定压力条件下的膨胀变形就会减小。但是, 随着天然含水率的增大土体结构和强度受到破坏, 膨胀变形反而会增大, 这样势必会出现两种不同的影响机制互相作用的结果。

1.2 试验结果分析

从天然含水率与50 (k Pa) 下膨胀率δ的关系曲线图 (如图1) 可以看出试验点的分散性 (R=0.279) , 这与他们之间的多种影响因素共同作用的分析是一致的, 并且天然含水率在18%~28%之间时, 天然含水率对膨胀变形的影响比较大, 表现为随着天然含水率的增大, 膨胀变形减小。但是随着天然含水率的进一步增大这种影响趋势急剧减小, 可见天然含水率增大到一定程度 (本次试验为28%) , 天然含水率对土的结构强度的控制就会占主要作用。而且天然含水率达到33%以后这种影响就会起决定性的控制作用, 表现为随着天然含水率的增大, 土的胀缩性随之增强。

因此, 图中曲线走向的趋势反映的规律与 (1) 中的机理分析的结论符合的相当好。

2 天然含水率与膨胀力的对应关系

2.1 影响的机理分析

膨胀力只土样的体积不变, 由于浸水产生的最大内应力, 它等于为了阻止土的膨胀而施加于土上的最小压力, 计算公式如下

pe——膨胀力 (k Pa) ;

W——施加在式样上的总平衡荷载 (N) ;

A——试样面积 (cm2) 。

从膨胀的机理分析来看, 成都粘土之所以膨胀, 是因为有以下几点原因:

蒙脱石、伊利石等亲水矿物的吸水性;

成都粘土的微观结构为积聚体与积聚体彼此面与面接触形成的分散结构, 这种结构有很大的吸水膨胀性;

成都粘土吸水后孔隙变小, 那么膨胀越大膨胀力也就越大, 其中天然含水率是主导因素, 因为它决定孔隙的变化和粘粒之间的水膜的厚度, 因此天然含水率对膨胀的影响表现的会很明显, 且有随天然含水率的增大膨胀力减小。

2.2 试验结果分析

从他们的影响对应关系曲线 (如图2) 可以看出他们之间存在的比较离散的对应关系 (R=0.2462) , 但是这种随天然含水率的增大膨胀力减小的趋势还是比较明显的。这似乎与 (1) 机理分析的结论不是很吻合, 那么我们再按每10个数据求一次平均值做他们之间的对应关系曲线图中我们便可以清楚地看出随天然含水率的增大膨胀力减小的规律。

2.3 统计成果及结论

那么我们究竟任何面对这两种结论呢, 从数理统计相关性分析 (见表1) 得知相关系数R=0.23这与图1的结论R=0.246是相符合的, 再从他们的机理分析看, 影响膨胀力的原因很多, 虽然都与含水量有直接的关系,

但是这几种影响因素一起作用, 其过程和结论是比较复杂的。因此我们只能简单的得出他们之间的规律性结论, 具体影响情况还有待于进一步研究。

3 天然含水率与自由膨胀率的对应关系

3.1 影响的机理分析

自由膨胀率指研磨成粉末的干燥土样 (结构内没有约束力) , 浸泡与水中, 经充分吸水膨胀后的体积与原干燥体积的百分比。

VW=充分吸水膨胀后的体积, 10ml

V0=原干燥体积, ml

由自由膨胀率的定义和计算过程来看, 天然含水率对自由膨胀率的确定没有直接的关系, 因为在测定自由膨胀率是要风干土样, 并且用水浸泡, 这样很大程度上有人为的因素, 所以天然含水率不会影响自由膨胀率的变化。

3.2 试验结果分析

从他们的对应关系曲线 (如图3) 来看, 试验数据点特别离散, 根本看不出有线性变化的趋势, 再由二者的数理统计相关性分析, 可知R=0.2158, 也说明他们二者之间不存在线性关系, 而且从图中表现的随天然含水率的增大自由膨胀率也增大的规律也不是很明显。

4 天然含水率与收缩系数的对应关系

4.1 影响的机理分析

收缩系数λs:绘制收缩曲线如图4-8所示。原状土在直线收缩阶段含水量每降低1%时, 所答应的竖向线缩率的改变即为收缩系数

λs:

其中Δλs在直线段中与含水量减少值Δω相对应的线缩率增加值。

(2) 试验结果分析

由公式可知收缩系数λs应该是一个不变的数, 从天然含水率与收缩系数的关系曲线我们也可以看出这种关系即:天然含水率在18%~29%之间的线段几乎近水平发展, 而且在这个含水率段中的试验点约占总试验点的90%以上。但是随着含水量的进一步增大, 收缩系数开始减小。现对于出现这种情况的原因本文试做分析如下:

成都粘土的天然含水率一般不高, 天然含水率超过29%的试验数据不够, 所以在这段中数据的随即性比较大。

天然含水率的大范围变化会改变土体的性质, 如水膜的增厚、孔隙的变化、土体结构的改变等。

4.2 统计成果及结论

随着天然含水率的增大收缩系数变化不大, 收缩系数对天然含水率的变化不敏感。

5 结论

通过笔者对成都粘土的膨胀性和收缩性的实验研究, 对成都粘土变形的影响因素主要有以下几种:

(1) 天然含水率与50 (k Pa) 下膨胀率δ的对应关系:

天然含水率增大δep减小含, 水率达到33%后随着含水率的增大δep随着增大, 含水率小于33%时不太敏感, 含水率达到33%后不敏感。

(2) 天然含水率与膨胀力的对应关系:

随天然含水率的增大膨胀力减小, 不太敏感。

(3) 天然含水率与自由膨胀率的对应关系:

随天然含水率的增大自由膨胀率也增大, 不敏感。

(4) 天然含水率与收缩系数的对应关系:

天然含水率不会影响收缩系数的变化, 不敏感。

摘要：成都粘土具有很强的胀缩性, 这种膨胀性粘土因自身显著的胀缩特性给建设工程带来了极大的影响, 可直接导致全球性的地质灾害。由于其这种灾难性影响, 全球各国对膨胀土的存在十分头疼, 美国称之为“隐藏的危害”, 日本称之为“难对付的土”, “问题多的土”。我国素有“逢暂必滑, 无堤不塌”之说, 因此本文针对成成都粘土胀缩性进行研究, 旨在对降低工程建设的危害性有一定的借鉴。

关键词：成都粘土,膨胀,收缩

参考文献

[1]廖世文.膨胀土与铁路工程[M].北京:中国铁道出版社, 1984.

热处理变形的影响因素 篇6

1 焊接变形的影响因素

焊接变形的成因比较复杂, 可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。总体来说, 材料、结构和工艺的差异都有可能造成焊接变形。而只有通过分析其影响因素, 掌握一定规律, 才能进一步采取相应控制措施。

1.1 材料因素对焊接变形的影响

材料与焊接变形之间有着极为密切的关系, 材料的热物理性能参数与力学性能参数都会对焊接变形产生重要影响。热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上面。简而言之, 热传导系数越小, 焊接变形越显著。而力学性能对焊接变形的影响就比较复杂。对于其中最为显著的热膨胀系数, 如果这一系数越大, 焊接变形的幅度也会相应增加。与此同时, 材料在高温区的屈服极限、弹性模量以及其随温度的变化率也会起着重要作用。通常来说, 较高的屈服极限会引起较高的残余应力, 因此焊接结构所储存的变形能也会相应增加, 造成脆性断裂。

1.2 结构因素对焊接变形的影响

在很多情况下, 焊接结构的设计是造成焊接变形的因素。简而言之, 焊接残余应力会随着拘束度的增加而增加, 从而使得焊接变形相应减少。而焊接过程中所受到的拘束度不仅来自工件本身, 而且还有外来的拘束影响。通常来说, 工件自身所起的拘束作用在焊接过程中占主导地位, 因此在设计焊接结构的时候, 常常需要采用加强版或筋板来提高结构的刚性和稳定性。然而这样的做法一方面增加了装配和焊接的工作量;另一方面使得某一区域的拘束度发生较大变化, 使得对焊接变形的控制造成一定困难。因此, 要减少焊接变形的发生, 必须要在设计结构过程中针对筋板或加强板的位置、数量、厚度进行优化。

1.3 工艺因素对焊接变形的影响

焊接工艺中的焊接手法、热输入量、构件定位和夹具、构件固定方式的应用等方面都有可能造成焊接变形。而焊接顺序是在各种工艺因素中对焊接变形影响最为显著的一个。通常来说, 残余应力的分布和应力状态的改变可以通过焊接顺序的改变来完成, 进而减少焊接变形的发生。与此同时, 焊接工艺的参数也对焊接变形起着重要影响。实践经验表明, 如果利用特殊的工艺措施, 能有效达到减小焊接变形、改善应力分布的目的。

2 焊接变形的控制措施综议

通过上述的分析可以得知, 焊接变形的影响因素集中在材料、结构和工艺三个方面。因此, 要控制焊接变形的发生, 也应该从这三个方面入手。总的来说, 焊接变形可以从设计和工艺两方面的改进来控制。设计和工艺是相辅相成的。

2.1 合理的设计措施

首先, 省市和尺寸选择上要正确恰当。焊缝的大小直接关系到焊接工作量和变形程度。因为焊接变相的程度会随着焊缝的扩大而变大, 所以在设计过程中, 确保结构承载力的前提下减小焊缝。在确保像十字或者丁字这种受力大的接头程度一样的前提下, 可以用开破口焊缝代替一般角焊缝。在如今设计人员对焊接工序了解加深的条件下, 已经能做到在设计上避免以前的错误倾向, 理性地选择焊缝尺寸与形式。

其次, 设计应该充分考虑焊接工序, 尽可能地减少不必要的焊缝。在设计焊接结构的时候, 设计人员应该合理地选择筋板的形状和安排筋板的位置, 尽可能地减少焊缝数量, 这样能有效地减少焊接变形。

再次, 设计人员要选取最合适的焊缝位置。在设计焊接结构的时候, 设计人员应安排焊缝尽可能地对称于或者接近截面的中轴。采取这样的方法能有效减少梁、柱类结构的挠曲变形。

2.2 完善的工艺措施

工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采取的一系列措施, 分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。在复杂的实际焊接生产过程中, 焊接的过程往往有更具体的划分标准。因此, 本文所划分的标准是针对焊接过程中的某一特定阶段而言的。

(1) 焊前预防措施:这主要包括预变形法、预拉伸法以及刚性固定组装法。预变形法是指在工件安装过程中通过预测的焊接变形大小以及方向所造成的与焊接残余变形方向相反预变形量, 由于焊接残余变形抵消预变形量, 使构件回复到原本的设计要求。而预拉伸法大多数用在有预张力的薄板平面结构件上。在焊接过后, 使用去除预拉伸或加热的方法使得薄板回复原始状态, 这样能够有效降低焊接残余应力, 从而控制焊接变形。预热的作用在于减少温度梯度, 从而降低残余应力。预热温度越高, 钢中的残余应力水平的降低幅度越大。而刚性固定组装法则是采取夹具或刚性胎具将被焊构件尽量固定, 则能有效控制待焊构件的弯曲变形和角变形。

(2) 焊接过程控制措施:焊接过程中所采用的控制措施主要包括采用合理焊接方法以及焊接规范参数、选择合理装配焊接顺序、采用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷以及随焊碾压措施等。首先, 通过规范参数和采取低线能量焊接法均能有效防止焊接变形的出现。其次, 选择合理的装配焊接顺序可以改变残余应力的分布规律, 在焊接工艺中尤其是多道焊中, 对于控制焊接变形起着明显作用。再次, 采用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷以及随焊碾压这些措施能够有效减少焊接变形的发生。虽然在实际操作上, 随焊碾压所需的设备非常复杂, 造成使用不便。但是该方法在提高焊接接头强度, 矫正焊接变形方面具有非常理想的效果。

(3) 焊后矫正措施:主要包括加热矫正法与机械矫正法, 这些措施属于消极的事后补救措施, 旨在发生焊接变形后尽可能减少或消除已发生的残余变形。加热矫正法包括整体加热和局部加热两种, 前者是将整体构件加热并使之温度高于锻造温度再进行矫正, 可有效消除较明显的形状偏差。但因成本、技术等原因, 前者在实际操作中很少被运用。相反, 局部加热更为常见。而机械矫正法则是通过机械力或冲击能进行焊接变形的矫正, 在实际操作中时有运用。

摘要：在焊接过程中, 焊接材料、结构和工艺三方面因素都可能造成焊接的变形。因此, 要控制焊接过程中出现的变形, 也必然要从这三个方面来制定措施。从设计和工艺两方面进行控制, 可有效降低焊接变形的风险。

关键词：焊接变形,影响因素,控制措施

参考文献

[1]崔晓芳.箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D].大连交通大学, 2004:29-45.

[2]王祥泽.有关钢材焊接变形的因素及控制措施[J].黑龙江科技信息, 2011, 28:2-6.

热处理变形的影响因素 篇7

基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全与稳定, 而且要有效地控制基坑系统的变形以保护周围环境。基坑系统变形主要包括:支护结构水平位移、周边地表沉降和坑内土体隆起。影响基坑变形的因素很多, 大体上可以分为3类:设计因素、施工因素和自然土质因素。通过对基坑变形影响因素的分析, 可以从施工方面找到一些控制基坑变形的方法, 防止发生过大的基坑变形及地表沉降。以下结合工程实例, 就基坑变形的施工影响因素进行分析, 并提出相应的控制措施。

1 工程概况

某基坑工程设计总建筑面积为20 000 m2, 其中地下部分分3层, 基坑呈不规则多边形, 开挖面积约9 000 m2, 平均开挖深度13.40 m。基坑施工本着先撑后挖的原则, 分4层进行挖土, 开挖前采用井点降水。基坑围护结构采用地下连续墙及3层钢筋混凝土平面框架支撑体系。地下连续墙厚0.8 m, 深26 m, 按6 m标准分幅。3道钢筋混凝土支撑断面分别为0.8 m×0.8 m、1.2 m×1.0 m、1.2 m×1.0 m。3道支撑的中心标高:第1道为-2.8 m, 第2道为-7.15 m, 第3道为-11.3 m。为保证基坑稳定、控制基坑变形及对邻近公共设施的影响, 连续墙内侧被动区土体采用水泥搅拌加固。主要地层情况为:黄褐色粉质黏土3 m, 容重1.87 g/cm3, 内摩擦角12.5°;灰色淤泥质粉质黏土17 m, 容重1.75 g/cm3, 内摩擦角10°;以下为灰色黏土, 容重1.86 g/cm3, 内摩擦角15.5°。常年地下水位为地面以下1.4～2.7 m, 属潜水类型, 主要补给来源系地表径流。

2 基坑变形的施工影响因素

2.1 开挖深度的影响

基坑分步开挖的计算结果如图1所示。

由图1可以看出, 随着开挖深度的增加, 支护墙的水平位移和正弯矩逐渐增加。其中支护墙的顶端位移在未加支撑时最大, 当第1道支撑施加之后有所减小并保持稳定。另外, 当土体开挖到6 m时, 支护墙出现了最大的负弯矩, 这是因为第1道支撑刚刚加上, 在墙体的变形下轴力迅速增加, 形成了较大的负弯矩;当第2道、第3道支撑加上之后, 第1道支撑轴力有所减小, 负弯矩也随之减小。

2.2 开挖宽度的影响

为了分析基坑宽度对墙体位移的影响, 将基坑开挖宽度分别取为原值的0.5倍、1.0倍和2.0倍进行计算, 其他参数保持不变。第4工况结束时的计算结果见图2。

由图2可见, 当基坑开挖宽度增大时, 墙体水平位移也增大, 同时墙体的弯矩也有比较明显的增大。因此, 在实际工程中, 为了保证墙体的安全, 不应使基坑开挖宽度过大。

2.3 支撑安装时间和基坑暴露时间的影响

软土基坑施工中, 周围土体均达到一定应力, 且有部分区域成为塑性区。软土一般有明显的流变特征, 开挖卸载后还存在固结现象, 在相对稳定的状态下, 土体开挖后会不断变形。因此, 有支撑基坑每级开挖后安装支撑前的无支撑暴露时间和基坑坑底浇注地下室底板前的暴露时间越长, 基坑围护墙侧向变形和墙后地表沉降就越大。该工程在基坑开挖至6 m (第2工况结束) 时, 将第2道支撑分为立即支撑、5 d后支撑和20 d后支撑3种情况进行计算, 结果显示:无支撑暴露时间越长, 支护墙的水平位移越大, 而墙体的弯矩变化不大。

2.4 支撑与开挖顺序的影响

在基坑开挖中, 有“先撑后挖”和“先挖后撑”两种方式。前者墙后土体在约束状态下卸载, 而后者是先卸载再加约束。试验结果表明, 采用“先挖后撑”方式进行开挖时, 支护墙的最大水平位移明显增加, 而墙体的正弯矩有所减小, 负弯矩明显增大。

2.5 基坑空间效应的影响

在基坑深度方向上, 围护结构的最大水平位移发生在基坑底面附近。而在沿基坑边的方向, 位移为拐角处小, 中间大;主动土压力的分布与水平位移呈现出相反的规律, 而被动土压力的规律则又反之。随着基坑长宽比的增大, 围护结构长边的最大水平位移不断增大, 空间效应减弱。当长宽比超过一定值之后, 其最大水平位移已接近于按二维平面应变问题分析的结果。

2.6 其他方面的影响

(1) 挖土机械停在基坑支护结构附近反铲挖土, 使支护结构所承受的荷载大大增加, 并且有较大的动荷载出现, 大大超出了设计计算的安全储备, 会造成支护结构大变形。

(2) 基坑开挖过程中, 挖土机械碰撞支撑系统、锚杆系统及支护桩墙, 造成支撑结构位移甚至破坏。

(3) 挖土速度快且高差过大, 会迅速改变原来土体的平衡状态, 降低了土体的抗剪强度, 软土产生较大的水平位移, 造成基坑滑坡。

(4) 基坑施工期间, 在基坑边缘堆放大量的建筑材料、堆积从基坑中开挖出来的土石, 或在基坑边搭建临时建筑物, 均会对基坑支护结构产生很大的附加压力, 使支护结构大变形。

(5) 相邻基坑同时施工, 一方基坑开挖、另一方基坑打桩, 打桩产生的超静孔隙水压力造成严重的挤土作用, 使相邻基坑的支护桩和工程桩严重移位。

(6) 支撑设施在拆除前未采取换撑措施, 支撑拆除后引起挡土墙 (桩) 较大变形, 甚至失稳破坏。

3 基坑变形的施工控制措施

(1) 合理确定开挖施工的顺序, 严格按照规范的原则进行开挖。

在长条形的深基坑中, 必须按照一定长度分段开挖, 在每一段中再分层, 每层分小段进行开挖和支撑, 随挖随撑, 并将每小段的支撑施工时间限制在一定范围之内。在不规则的大型地下室的基坑施工中, 可采用分层盆式开挖法, 在每一层先挖中间部分并安装或浇注此范围的支撑, 然后将各根支撑两端的土堤分步、对称地挖除, 并立即安装或浇注其间顶住挡墙的部分支撑。

(2) 注意基坑工程的时空效应。

重视时空效应规律不仅可以有效地控制软土深基坑的变形, 而且如果能够严格施工工艺、及时支撑, 以调动未开挖土体的部分承载力, 配以必要的地基加固, 还可以达到节省材料、降低成本的目的。

(3) 保证相邻施工不互相干扰, 基坑周边无超载现象。

采取有效的地下水处理措施, 做好排水、防渗工作, 雨季施工要注意及时排水和排水的方式。

(4) 注重原型观测和信息化施工。

在基坑工程开工后, 对土体和结构的位移、应力、土中孔隙水应力以及相邻建筑物、地下管线的位移都要进行跟踪监测, 将定期监测得到的信息与原来的计算结果相比较, 并反演计算参数, 根据反演参数重新分析计算, 必要时适当修改设计或施工步骤, 然后继续施工和监测。

4 结语

热处理变形的影响因素 篇8

1 水泥稳定碎石变性的作用

1.1 实际作用

水泥稳定碎石简称“水稳”, 主要是高级路面的基层使用基层, 它是路面结构中的承重部分。主要承受车辆荷载的竖向力, 并把面层传下来的力扩散到垫层或土基, 基层应具有足够的强度和刚度。基层受自然因素的影响虽不如面层强烈, 但也应具有足够的水稳定性, 以防基层湿软后产生过大的变形, 导致面层损坏。水稳层是硬质路面和土质路基的过渡层, 它有效的和路面及路基结合, 形成一个有机体。水稳层具有一定的强度和刚度。高于路基低于路面, 既保证铺设路面一定厚度, 满足承载负荷, 又能减少建设成本。水稳层可将路面承受的车辆荷载均衡的扩散到路基, 具有一定的韧性。水稳层的碎石粗沙有良好的滤水性, 可减少路基积水而使其承载能力下降。

1.2 自身材料的优越性能

水泥粉稳定碎石是一种新近提出的路面基层材料, 其具备了水泥稳定类优点, 具有很好的技术性能。水泥稳定碎石具有强度高、稳定性好、抗冲刷性能及抗行车疲劳性能好的特点, 但它在空气湿度变化时易产生干缩裂缝, 导致沥青面层表面形成反射裂缝, 进而影响路面的使用性能和使用寿命, 这一缺陷正在专家积极的研究和改进之中, 己取得一定成果。首先, 定出所要研究的级配以及水泥用量, 然后通过对掺加不同掺量膨胀剂、减缩剂的混合料进行击实试验结果, 得出各掺量混合料的最佳含水量和最大干密度。与此同时, 对掺与不掺外加剂的混合料做延迟时间击实试验, 把其对混合料的影响做一个综合分析, 得出延迟时间对掺外加剂混合料的影响结论。然后, 通过对掺加不同掺量膨胀剂、减缩剂的水泥稳定碎石混合料进行抗压强度、劈裂强度、劈裂模量以及干缩试验, 选取梁亚军推荐的干缩抗裂系数来评价其抗裂性能, 再结合抗压强度对其进行综合改良。

1.3 在基础建设中所需的复合材料

近年来, 随着公共设施的不断完善, 人们对生活质量的要求不断增高, 对建筑工程材料的改进也日益增强。泥路面改建迫在眉睫, 而旧水泥混凝土路面改建技术的关键, 是对破损混凝土路面板的处理方法。水泥稳定碎石作为新型路面的基层或底基层, 较好地利用了原混凝土板的强度、有效地防治反射裂缝的产生或发展, 而且有效改善了路面的质量问题。成为一种新型材料被广泛的应用, 而且经过不断的研究和实验, 还可以在原有的水泥稳定碎石基础上加入更多的新型材料, 如煤灰, 聚丙烯纤维、膨胀剂等。

2 碎石变形的影响因素

2.1 水泥稳定碎石干缩性能的变化规律

通过对几种常用抗裂指标进行分析, 选用干缩能抗裂系数对三组配合比进行了抗裂性能评价。采用纤维间距理论和复合材料理论对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的抗裂机理进行了分析, 得出单位体积内的纤维数量越多, 纤维间距越小, 阻裂效果越好;采用膨胀机理对膨胀剂水泥稳定碎石的抗裂机理进行了分析, 得出适当掺量的膨胀剂可以改善水泥稳定碎石变形的抗裂能力。

2.2 影响水泥稳定碎石变化的自然因素

水泥稳定碎石基层在一定得程度上受自然条件的影响, 在持续降雨或暴雨等自然因素的作用下, 堆积层滑坡体往往处于饱和-非饱和状态, 极易诱发灾变。同时这种情况下水泥稳定碎石基层路面沿厚度方向存在温度梯度时将会发生翘曲变形, 即温度翘曲, 如果水泥混凝土板不受任何约束作用, 板发生温度翘曲变形后将不会产生任何应力, 然而由于水泥混凝土板的翘曲变形将会受到不同约束的影响 (板自重、基层、路肩以及相邻板块) 导致水泥混凝土路面板内产生温度翘曲应力, 这部分应力是水泥混凝土路面设计时的重要部分。

随着我国高速公路建设不断向中西部山区发展, 碎石土越来越广泛地被应用于路基的填筑, 碎石土路基的各种力学特性也越来越受研究人员的重视。与其他类型碎石土相比, 水泥碎石由于含泥量较高而具有独特的力学性质, 特别是在干湿循环条件下其力学特性会发生很大变化, 从而影响路基的工作性能。

3 水泥稳定碎石变形的制约条件

3.1 水泥稳定碎石基层材料收缩受级配和外加剂等因素的影响

水泥稳定碎石基层材料中掺加适量的纤维, 可以减少基层材料的刚性, 增大其抗裂能力。鉴于掺纤维水泥稳定碎石基层材料路用性能影响因素多, 所以, 在材料收缩受级配和外加剂的因素要慎重的考虑, 反复的实验验证, 以保证水泥稳定碎石基层的质量。同时, 以水泥剂量、集料级配、纤维掺量、膨胀剂掺量为试验影响因素, 采用正交试验方法安排试验, 并对各方案的强度和刚度试验结果进行极差和方差分析, 得出了强度和刚度随各因素变化的规律及最佳配合比方案。

3.2 水泥稳定碎石基层在施工过程中的制约条件

水泥稳定碎石的干燥收缩率和温度收缩率均低于二灰稳定碎石, 且抗冻融循环性也比二灰稳定碎石理想;水泥含量、集料品种和集料级配等因素对水泥稳定碎石的干燥收缩、温度收缩和抗冻融循环性均有不同程度的影响.是目前较为理想的基层材料。水泥稳定碎石是半刚性基层材料, 在我国建设中作为哦主要的基层材料, 它具有良好的板体性、较高的早期强度和抗裂性能, 以及较强的抗变形能力, 故而被广泛应用于高等级公路、城市道路和机场道路。但是水泥稳定碎石的收缩性较大, 施工时若控制不好, 容易产生裂缝, 使基层的性能受到影响。

3.3 解决影响水泥稳定碎石变形因素的方法

由于水泥稳定碎石变形性能受一定条件和因素的影响, 所以在不断的实践和探究中, 人们找到在半刚性基层材料水泥稳定碎石中掺入适量的钢渣以后, 基层材料的强度、回弹模量、干缩变形等物理力学性质与钢渣掺入量、钢渣的粗细程度、养护条件等影响因素之间的关系及其变化规律。并在此基础上根据水泥稳定碎石强度形成机理、干燥收缩机理和数理统计、方差分析、回归分析的方法分析不同粒径的钢渣和不同的掺量对水泥稳定碎石的力学性能和干燥收缩性能的影响, 最后得出钢渣对水泥稳定碎石的强度、干燥收缩有显著的影响, 以改善半刚性基层抵抗温缩和干缩性能较差, 容易产生收缩裂缝, 在车辆荷载和环境因素的作用下, 裂缝会延伸至路面面层, 使路面结构的承载能力下降, 路面使用寿命缩短的问题。

4 总结

随着社会的发展, 水泥稳定碎石材料的性能也将不断的发展、改进。而影响它的各方面因素也会慢慢减少, 水泥稳定碎石基层会逐渐完善并被广泛的应用于更多的领域中。

参考文献

[1]李立伟, 李国锋, 蒋应军.基于VTM水泥稳定碎石劈裂强度特性[J].公路工程, 2012 (8) .

[2]肖鹏, 李平.掺SBR乳胶与聚丙烯纤维水泥稳定碎石性能比较[J].建筑材料, 2010 (12) .