焊接变形技术（共10篇）
焊接变形技术 篇1
1 概述
船舶的精度建造技术主要就是借助科学管理和先进的工艺对船舶制造的整个过程加以有效的控制, 在制造的过程中要尽量减少现场修正工作所花费的时间和精力, 从而也就使得工作的效率得到了非常显著的提高, 造船的成本投入也大大的减少, 船舶自身的质量和性能也在这一过程中得到了非常好的保证, 而对船舶制造精度产生影响的因素具有非常明显的多样性, 在众多的因素当中, 焊接变形对船舶制造的质量会产生非常重大的影响。
2 船体结构焊接变形控制
2.1 国外焊接变形控制
从20世纪30年代开始, 很多苏联的学者就已经开始对环节变形计算与控制工作开始了研究工作。他们在研究的过程中对和生产因素和设计因素相关的系统都进行了全面的研究, 并且在研究的基础上提出了避免翅曲和残余应力的有效方法, 而在20世纪的50年代, 国外的专家学者也在平面分段、半立体分段和立体分段当中的各种变形领域展开了非常全面的研究出, 此外在这一过程中也充分的结合了相关的经验, 提出了预防和减少焊接变形的具体手段和途径, 在工程建设的过程中具有非常高的实用价值。
日本的科学家在同一时期也展开了对焊接变形的研究, 在船体制造的过程中, 2000年以来日本的造船厂在场内加工精度方面占据着非常大的优势, 同时在工作中所采用的施工工艺也非常的先进, 在精度上甚至能达到95%, 但是在焊接变形的预测和控制工作中主要还是按照自身的实际经验和实测中所获得的数据加以确定。
从上述的研究进展当中我们就可以知道造船方面比较先进的国家对焊接变形预测和控制的研究非常的重视, 同时也取得了很多实用的成果, 因为对环节变形的机理掌握的还不是十分的完全, 在理论上所获得的成果还不能充分的满足当今对造船质量的要求。很多国家在你建设报和补偿焊接变形的结构工艺上都有了一定的进展, 但是在焊接的方法和焊接自动化方面还需要进一步加强。日本在船体制造的过程中主要采用了焊接自动化设备, 同时还使用了较为先进的焊接方法, 在理论上也能够对焊接精度予以十分有效的控制。
2.2 国内焊接变形控制发展现状
我国的某些研究人员在借鉴了国外研究成果的前提下对船体的焊接变形预测控制进行了全面的研究, 同时还有一些研究人员采用固有的应变发对船体分段的焊接变形状况进行了预测, 甚至还有一些研究人员他一出了移动热源的方式和自使用有限元网络划分的方法, 这对解决结构焊接中变形和应力数值的计算有着十分积极的作用。
一些研究人员对5艘相同型号的船舶船体焊接变形进行了测量, 同时还介绍了双层底分段装焊和船台合拢当中焊接变形的具体测量方法, 对产生变形情况的原因进行了详细的分析, 此外还采取了多种措施对其进行了控制, 在船舶生产的过程中也不断的总结规律, 这也为焊接变形控制和理论研究的完善提供了非常好的条件。船舶制造的质量也在这一过程中得到了非常显著的提升。
3 船体结构焊接变形控制方法
3.1 环节变形预测研究方法
3.1.1 热弹塑性有限元分析方法
这种方法在应用中充分的考虑到了焊接材料自身所存在的非线性, 此外还能实现对应力应变的动态跟踪功能, 此外, 焊接之后的残余应力和变形情况也能得到有效的控制, 这项研究当中覆盖面比较广, 主要有焊接的材料、接头的形式以及焊接中的各项参数指标等等, 所以, 在焊接仿真过程中, 还原度相对较高。
3.1.2 固有应变法
和热塑弹性有限元法相比较而言, 这种方法主要采用的是弹性有限元的计算方法, 计算过程中, 其计算量并不是很大, 所以, 这种方法比较适合使用在规模较大, 结构相对也比较复杂的焊接变形预测工作中。为了保证这种方法在船体结构焊接变形预测中的应用效果, 我们在实际的工作中可以针对典型的船舶产品的一些比较具备典型性的制造工艺建立焊接应变数据库, 在建立数据库时, 要充分的结合焊接材料、焊接工艺和接头的具体形式等等, 这样能够非常好的解决分段制造和总段组装以及总段合拢过程中所产生的焊接变形预测方面的问题, 同时它也为焊接变形的控制提供了非常好的理论基础。
3.2 船体结构焊接变形控制研究的方法
3.2.1 焊接方法
在船体结构焊接工作中, 非常重要的一种工具就是移动电弧, 最常使用的焊接方式主要有以下几种, 一种是手工焊, 一种是二氧化碳保护焊, 一种是自动埋弧焊。通常, 手工焊的热量集中度并不是很高, 同时其在热强度方面也相对较弱, 因此也会使得焊接中的变形情况和参与的应力不断的增大。所以在船体结合焊接的过程中, 我们尽量不要使用手工焊接的形式, 应该尽量使用二氧化碳保护焊和自动埋弧焊。
3.2.2 控制焊接工艺方案
在船舶制造的过程中, 选择科学合理的焊接工艺方案能够有效的减少焊接变形, 它也是所有方法当中最为有效的一种方法, 其中, 焊接工艺的操作顺序也会对变形产生非常重大的影响, 弯曲变形尤其明显。在船舶制造的过程中, 选择更加完善的工艺顺序可以有效的减少弯曲变形的情况, 比如说纵向构架的双层底结构就在选择方案的时候就应该选择正态建造方案, 同时分段的最大挠度也应该是反态建造方案的50%。
3.2.3 反变形法
反变形法是根据实验或理论计算预测焊接变形的大小和方向, 在焊接前对船体构件或胎架施加与焊接变形方向相反的预变形, 以此抵消焊接变形。反变形法可以控制焊接变形, 降低残余应力, 且方法简单易行, 在船舶行业有广泛的应用。例如, 在船体分段的胎架制作时, 对胎架的结构进行反变形, 有效地降低焊接变形。
3.2.4 系统综合分析
船舶产品的焊接变形涉及许多因素, 一些因素具有不确定性, 因此, 任意单一方法都较难完全控制焊接变形。在工程中, 以焊接变形预测为依据, 从焊接参数选择、焊接工艺方案设计等多个方面同时开展, 将可以较好的控制船体结构变形, 提高船舶产品的建造精度。
4 结论
当前, 我国的焊接力学理论以及数值仿真技术得到了非常显著的发展, 对复杂的焊接变形理论和相关的规律也有了更加全面和深入的了解, 这也给船体结构焊接变形的控制工作提供了非常好的条件, 但是在研究的过程中依然存在着很多不足, 需要研究人员对其进行进一步的研究和探索, 只有这样才能更好的保证船体的质量和性能。
参考文献
[1]张宁园, 张绪旭.船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2013 (07) .
[2]李婧.大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D].上海:上海交通大学, 2011.
[3]刘彦春.浅析焊接变形的影响因素与控制[J].企业家天地 (理论版) , 2011 (02) .
[4]傅剑峰.如何控制和预防焊接变形[J].中国包装工业, 2013 (12) .
焊接变形分析及预防探讨 篇2
关键词：焊接变形；构件；影响因素
焊接为钢结构制作与连接的主要技术，现在已经被广泛的应用到钢结构制作与安装工艺中。受焊接施工特点影响，对焊接施工技术有较高的要求，管理工作不到位，就会出现焊接变形，不但会对钢结构外观以及使用性能造成影响，严重的甚至会导致整个焊件报废，影响企业经济效益。因此，在钢构件焊接施工时，必须要明确各项影响因素，并做焊接技术的控制，提前预防变形病害的发生，保证焊接结果满足要求。
1.焊接变形概述
焊接技术主要作用是完成钢结构的制作，已经完成构件的连接，在焊机而过程中，构件局部受到高温加热，以及焊机而后的快速冷却，容易在构件的焊缝附近以及母材近缝处产生热应力变形与压缩塑性应力变形，整个过程在构件内部产生了内应力，最终会导致构件发生变形[1]。常见的构件变形有弯曲变形、纵向变形、横向变形以及扭曲变形等，在实际施工过程中对于不同构件的焊接处理，往往出现的变形是相互影响的，并不是完全独立的存在。造成焊接变形的原因很多，对构件的制作生产以及使用造成的影响比较大，为保证构件处理效果，必须要确定造成焊接变形的原因，并选择合适的措施进行管理，减少变形情况的发生。
2.焊接变形原因分析
2.1结构因素
焊接结构设计合不合理对焊接变形存在很大的影响，随着拘束度不断增加，焊接残余应力也在增加，而焊接变形则逐渐减少。构件在发生焊接变形时，其本身的拘束度在不断变化。一般情况下，结构设计相对复杂的构件，在焊接过程中其拘束度占有主导地位，焊接时拘束度的变化也会受结构设计的复杂程度而增加。因此，在对结构设计相对复杂的构件进行焊接时，会选择用筋板与加强板来提高结构的稳定性与刚性，与普通设计构件相比，焊接工作量更大，并且对于部分拘束度发生变化比较大的部位，如筋板、加强板等，增加了焊接变形与控制的难度[2]。因此，为减少焊接变形情况的发生，应做好对构件设计的优化。
2.2方法因素
不同的钢构件焊接处理时选择的方法不同，造成的影响也就不同，例如在建筑钢结构焊接时，一般会选择用埋弧焊、手工电弧焊以及CO2气体保护焊等，在焊接时除了会产生电渣，埋弧焊处理时会还会伴随着大量的输热量，并且在其他条件相同的情况下，收缩变形最大[3]。在对钢构件进行焊接时，如果电流大、焊条直径粗等特点，导致焊接速度降低，很有可能加大焊接缝。或者在对厚钢板进行焊接时，以手工焊接方法最佳，与自动焊接方式相比引起的变形量要更小。对于部分需要采取多层焊接处理时，应着重注意第一层焊接处理，一般情况下首层焊接收缩变形情况最大，第二层与第三层只占到第一层变形的20%和5%～10%，因此应合理控制焊接层数，随着焊层数的增加焊接变形越明顯。
2.3接头因素
在焊缝截面积、焊接热输入等方面因素相同时，不同的接头形式对纵向、横向以及角变形量造成的影响不同，常用的焊接方式包括角焊、堆焊等。第一，在进行表面堆焊时，焊缝金属横向变形受纵横向母材约束，焊缝收缩时还会受到深度以及板厚等因素影响，变形情况比较小。第二，T形角接接头与搭接接头焊接施工时，横向收缝值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。
3.焊接变形处理预防措施分析
3.1加强设计管理
首先，应合理选择焊接形式与尺寸，焊接尺寸直接影响到焊接变形情况，并且焊缝尺寸越大工作量越大，因此在保证结构承载能力的基础上，在进行设计时应尽量选择用小的焊缝尺寸。其中，对于受力比较大的十字接头与丁字接头，在进行设计时，应保证在强度相同的条件下，选择用开坡口的焊缝，可以有效减小焊缝变形。其次，应合理确定焊缝位置，尽量将其安排在对称于界面中性轴的位置，或者时尽量将焊缝接近中性轴，可以有效改善梁、柱等类型结构的挠曲变形。最后，应尽量减少不必要的焊缝，控制好筋板的形状，合理选择筋板设置位置，减少焊缝数量，减少构件的焊接施工，进而能够有效预防焊缝变形情况的发生。
3.2加强工艺管理
首先，在焊接施工前应做好预防工作，包括预防变形、预防拉伸以及刚性固定组装等。其中，预防变形即提前预测焊接变形的大小与方向，然后在待焊构件装配时造成与焊接残余变形大小相同并且方向相反的预变形量，保证可以在焊接后残余变形与预变形量相互抵消，使构件恢复早设计要求的几何尺寸与形状。其次，在构件焊接过程中，应结合实际需求合理选择焊接方式，并确定焊接规范参数、焊接顺序，并采用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷等措施。一般情况下可以选择用线能量比较低的焊接方式，可以有效防止焊接变形，而选择用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷等措施，可以有效降低残余应力并减小焊接变形。最后，构件焊接处理完毕后，通过合理的矫正措施来减小或者消除存在的参与变形，矫正方法主要分为加热矫正法与机械矫正法两种，其中加热矫正法又可分为整体加热与局部加热，而机械矫主要包括静力加压矫正法、锤压法以及焊缝滚压法。
4.结束语
焊接是钢构件处理的主要技术之一，为避免焊接变形的发生，应采取合理的焊接节点构造设计措施与技术措施，争取更好的完成钢结构焊接变形额控制，保证施工处理结果满足工程质量要求。就焊接变形现状来看，虽然取得了一定的效果，但是还需要做进一步的研究，通过对各类影响因素的分析，争取能够更好的完成焊接变形的控制。
参考文献：
[1]吴峰，张艳.汽车起重机装饰杠焊接变形分析及预防和矫正[J].焊接技术，2010，04：69-70.
[2]吉沐园.薄不锈钢板激光焊接变形分析及控制[D].江南大学，2011，32：65-66.
[3]盛陈.起重机塔身标准节焊接变形分析及控制方法[J].工程机械与维修，2013，08：22-23.
焊接变形技术 篇3
1 焊接变形问题出现的原因
(1)单个构件的制作工艺不过关。水工闸门中包含许多单个构件,若这些单个构件的制作工艺不过关,则很可能导致水工闸门在焊接时出现变形。按照制作要求,水工闸门的单个构件在组装的时候,必须保证留出一定的间隙。但是有些技术操作人员,由于自身专业知识的欠缺,在组装单个构件的过程中要么间隙过大,要么间隙过小,导致焊接变形问题的出现。一旦出现焊接变形,不仅会影响到单个构件自身的尺寸大小,还会对门叶的总体安装质量造成严重影响,进而影响闸门的使用功能和减少使用寿命。除了单个构件之间的间隙不合理会导致焊接变形外,单个构件顶部的坡口形状也会对焊接变形产生一定的影响。
(2)门叶的整体焊接质量偏低。水工闸门的各部分质量,都会对其整体焊接质量产生一定地影响。从当前的现状来看,门叶的整体焊接质量偏低,是造成焊接变形问题出现的一大主要原因。门叶的焊接是水工闸门制作的重要工序之一,在该工序中,施工监理人员必须有效控制焊接施工人员数量及素质、焊接必要工艺技术、焊接基本流程等。但是,一些监督管理人员往往在工作中疏于职守,导致门叶焊接过程中出现各种不必要的问题,进而致使焊接变形的出现。
(3)门叶拼装误差偏大。门叶的拼装是水工闸门制作的重要步骤,也是最容易出现问题的环节。一般来说,门叶的拼装都要求严格按照设计图纸进行,必须确保拼装的准确性。但是,由于多方面的原因,门叶的拼装经常出现各种问题,其中误差偏大十分常见,导致门叶焊接的变形程度加大。
2 控制焊接变形的技术方法
(1)振动焊接法。与其他焊接技术方法相比,振动焊接法具有一定的优势。该技术以振动时效理论为基础,是一项创新型的焊接工艺。采用该工艺进行焊接,可有效降低焊接过程中产生的残余应力,进而控制焊接变形的出现。研究结果表明,振动焊接法对水工钢闸门出现的横向收缩变形和控制角变形,都能起到很大的改善作用。普通焊接法的横向收缩变形在3mm左右,而采用振动焊接法可将横向收缩变形降低到1.3mm左右。
(2)预应力法。预应力法是比较常见的焊接变形控制方法,该方法又可分为预应力法和预拉伸法。预应力法主要是通过采用施加外力或加热的方法,控制焊接变形程度。预拉伸法主要是采取在焊接缝隙方向上施加适当拉伸力的方法,并在焊接完成后冷却卸载,从而达到降低变形程度的目的。
(3)退火法。退火法是建立在焊接变形规律基础之上的一种控制变形的方法,采用该方法来控制水工闸门的焊接变形,首先应将需要焊接的构件采用专门制作的夹具进行固定。构件在固定的条件下进行焊接,一般不会出现变形问题,但如果在焊接工作完成之后,直接拆除夹具的话,就会产生过高的残余应力,导致焊接变形出现。因此,必须在焊接工作结束而未拆除夹具的条件下,将其放入退火炉中加热,直到温度达到600~650℃,并保温4小时左右。在保温的过程中,被焊接构件的温度会随着炉子温度的降低而逐渐降低,最终达到与室内一样的温度,此时残余应力便完全消散了,即使解除夹具的束缚也不会发生变形。
3 控制焊接变形的相关措施
3.1 规范焊接流程
(1)焊接总原则:焊接流程对焊接变形的产生具有直接影响,因此,必须进一步规范焊接流程,避免各种不规范操作的出现。对于水工闸门的制作来说,在焊接过程中,应对距离形心轴较近的构件进行优先焊接;若遇到形心轴两端出现都有焊接缝隙的情况,应首先焊接焊缝较少的一侧,对长焊缝的焊接必须采用断续焊接的方法,这样才能有效减少焊接变形的出现。例如柬埔寨桑河二级水电站进水口检修门叶结构件为工字梁型式,其中长为12660mm,翼板宽为500mm,高为2344mm,焊接时翼板多向内侧发生弧形弯曲变形,要求采用分段退焊法或多层阶梯形焊接法,尽量减轻焊接变形,焊接由偶数名焊工对称施焊,遵循分区对称焊接、由中间向两边扩散的原则。门叶结构整体焊接次序为先大件后小件,先总体后局部。以门叶垂直中心线(或隔板)、主梁中心线等为界,将整个门叶划分为几个对称的焊接区域,焊接时必须由中心向外侧对称分段逆向施焊。要求焊工严格按工艺卡中的规定采用统一的焊接工艺参数,包括:焊条种类、牌号和直径;焊接电流的种类、极性和大小;焊接电压;焊接速度;焊道层次和每层焊道数目等都要一致,以控制对称位置的焊接线能量基本相同。为减小焊接变形应先焊靠后翼板方向的平焊,此部分焊缝焊接完毕后,其余焊缝原则上采用扩散焊法先立焊后平焊。
(2)焊接顺序:(1)焊接隔板、主梁及边梁后翼板之间的平焊及隔板腹板与主梁后翼板的仰焊。(2)焊接主梁腹板与边梁腹板的组合焊缝,使门叶形成框架结构,能较好地抵御门叶整体焊接变形。采用分段退步焊法,总体是从上往下,而每段则是从下往上,分段长度以两根(或三根)焊条所能焊接的长度为宜。(3)焊接主梁与隔板腹板的立角焊缝,采用分段退步焊法。(4)焊接水平次梁与边梁的连接缝、角焊缝、筋板与水平次梁的平角焊缝等。(5)梁系之间的焊缝全部完成,可进行面板与梁系框架连接缝的焊接。其中,先焊主横梁与面板连接的平角焊、再焊接边梁与面板连接的平角焊,最后焊接隔板与面板之间的平角焊,采用分区对称、分段退步焊法。
(3)焊接方法和要求:(1)闸门焊接方法为熔化极气体保护焊,主要采用CO2气体保护焊。(2)焊接前必须对焊缝进行清理,可用钢丝刷清理或烤枪烘烤。(3)必须由合格焊工进行焊接。(4)施焊时,某一单元、某一部分的焊缝应连续焊完,不可中断。(5)采用对称分段焊法,分段长度可为100~200mm。(6)焊缝形状系数控制在1.3~2.0。(7)多层多道焊时,层间接头应错开30mm以上,每层厚度不大于5mm,以避免焊接应力集中,造成较大的焊接变形。
(4)变形监测和控制。焊接过程中由技术人员对门叶的变形随时进行监测,定时用水平仪观测门叶变形及焊接收缩情况,以便随时发现问题并及时处理。对于出现整体弯曲,若是按规范要求凸向迎水面,且不超过允许值,则是正常的。若是凸向相反的方向则必须进行调整,可用调整焊接线能量的方法,用改变焊接顺序的方法,用改变门叶支垫点等方法加以控制。
3.2 提高技术工艺标准
焊接技术工艺会对焊接质量产生一定的影响,若技术工艺不符合标准,必然会导致焊接变形出现的机率增加。所以,应严格控制焊接工艺,提高技术工艺标准。(1)在焊接工作开始之前,应对各项必要的技术工艺进行测评,对技术不达标的操作人员应严格取缔。(2)应制定一个完整而科学的技术工艺标准,要求所有操作人员都必须严格按照标准执行,这样就能减少焊接变形的出现。最后,应对传统技术工艺进行更新。
3.3 严格控制误差
误差是造成焊接变形的一个十分重要的因素,因此,必须在焊接过程中严格控制误差。(1)在单个构件的制作过程中,应保证各构件组装间隙合理,因为间隙越大,焊接时产生的应力就越大,导致变形程度加大,严重的还会导致整个焊接结构的变形。一般来说,单个构件之间的间隙应当小于3mm。(2)应当科学地控制门叶拼装的误差,严格按照组装的规范顺序进行,需要注意的是,在对腹板进行组装的时候,首先必须进行定位,这样才能将误差降到最低。
4 结束语
综上所述,水工闸门的质量对我国水利水电事业的发展具有重要影响,闸门焊接变形问题是水工闸门制作过程中比较常见的问题。该问题不仅会使闸门的使用效果降低,同时还可能对水库的封水功能造成影响,威胁到人们的生命财产安全。因此,必须引起高度重视,要从根本上解决该问题,必须采取科学的焊接变形控制技术方法,另外还必须根据各项可能导致变形的影响因素,制定科学有效的控制措施,包括控制组装误差、减小间隙等。这样才能实现焊接质量提升的目标。
参考文献
[1]孙强,王霞,孙敬.水工钢闸门门叶焊接变形的预防和控制[J].东北水利水电,2009,(7):8-10.
钢结构焊接变形防治方法 篇4
关键词:钢结构;焊接;变形
中图分类号:TG441.7 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)20-0151-01
1焊接变形的基本类型分析和原因分析
{1}焊接变形的基本类型。所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中,由于施焊电弧高温引起的变形,以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中,焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素,也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形;根据变形的不同特点则可分为:角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。在这些变形类型中,角变形和波浪变形属于局部变形,而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。②焊接变形产生的原因分析。钢结构刚度:钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。焊接连接缝位置和数量:当钢结构刚度不足时,在设计焊接连接缝位置和数量时,应在结构体对称安排,且焊接顺序是合理的,构件只能产生线性变形;当焊缝为不对称的安排,产生的多为弯曲变形。焊接工艺:焊接电流偏大、焊条直径较粗,使得焊接速度缓慢,可能导致焊接变形大;厚钢板焊接时,手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小;采用多层焊接工艺时,首层的焊缝收缩变形最大,第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%10%。也就是说,多层焊接的层数越多,焊接变形越明显;断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小;对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大2至4倍;焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接,很容易产生焊接变形。因此,为了防治焊接变形,在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。
2钢结构焊接变形防治
2.1焊接节点构造设计
①控制焊缝的数量和大小。钢结构焊缝数量多、尺寸大,焊接时的热输入量也越多,造成的焊接变形也更大。因此,在钢结构焊接节点构造设计时,应设法控制焊缝的数量和大小,尽可能减少焊接变形。②根据焊接工艺选择适合的焊缝坡口的形状和尺寸。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。适当的坡口形状和大小,可以通过减少截面积,进一步减少结构的焊接变形量。③焊接节点的位置应处于构件截面的对称处。结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置,或尽量接近中性轴,同时应避免在高应力区。④对于节点形式的选择,应选用的刚性小的节点形式。节点应避免在双向、三向交叉处,这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中,从而减少焊接变形。
2.2工艺措施
①组装和焊接顺序。钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行。该平台应确保所受的自重压力的程度足够大,不会出现钢构件失稳和下沉的现象,以满足构件组装的基本要求。在焊接小型构件时可一次完成,即在焊接固定好位置后,用合适的焊接顺序组装完毕。而大型钢结构组装与焊接需要先将小件组焊接完毕,然后再进行最后的组装和焊接。在进行部件组装时,为了防止组装过程中产生过度的应力和变形,应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格、形状大小和样板的要求,并且组装时不能有较大外力强制拼装,以防止零部件过度焊接应力和较大约束力带来的变形。此外,组装与焊接过程中应使焊接接头热量均匀,消除应力并减少变形;焊缝应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角的尺寸无误,且形式、大小应与构件的设计和焊接规范一致。②反变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩反应,结果使得减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题,为了弥补热胀冷缩带来的变形,在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形,使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。例如,为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形,可以在焊前用油压机或折边机在相反方向预先压弯盖板。③焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下,要想使其位置固定是比较困难的。所以,每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外,还需要用到焊件夹具有效地夹紧。
3结 语
在大多数的情况下,通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施,可以有效地控制钢结构的焊接变形。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变,还应该在实践中不断总结和积累焊接经验,提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。
参考文献:
关于焊接变形和焊接应力的探讨 篇5
关键词：焊接变形,焊接应力,焊接,温度
我国现阶段工业发展过程中, 焊接工作起到了非常重要的作用。各种各样的焊接工艺和焊接形式越来越多的被应用在实际的焊接工作过程中。同时焊接使用的工作机械也在不断的更新及发展。现在的焊接工作相较于以前的焊接工作已经有了非常大的发展和创新。因此现在工业发展过程中, 焊接被作为一个非常重要的课题进行专项研究。我们要分析焊接变形的原理及其危害, 同时还要找出焊接过程中焊接应力的出现原因。只有这样我们才能够有效的掌握焊接过程中的焊接质量, 同时观察焊接过程中的变化, 通过这些工作的开展, 我们才能够更加科学及有效的使用焊接这种技术, 发挥焊接技术的最大优势, 有效的防止焊接过程中出现的各种问题。
1焊接变形的概念
焊接变形主要是指在焊接过程中由于焊接工作而导致的焊接件变形。焊接变形的开始时间是焊接开始的一瞬间。焊接变形结束的节点是焊接结束后焊接件的温度降低到焊接初始温度。焊接变形有两种情况, 第一种是焊接过程中出现的焊接变形;第二种是焊接完成后出现的焊接残余变形。
2焊接应力的概念
焊接应力主要指的是焊接过程出现的焊接件内部的结构应力, 同时焊接完成后焊接件内部还会产生少量的焊接应力。焊接应力的出现也是在焊接开始的时候, 焊接应力会随着焊接的进行而发生变化, 焊接应力的分布没有规律, 会随着焊接的进行而随时发生变化。
3焊接变形及焊接应力出现的主要原因
关于焊接变形及焊接应力出现的主要原因的阐述和分析, 文章主要从四个方面进行阐述和分析。第一个方面是在焊接的过程中会出现焊接件受热不均匀的现象。第二个方面是在焊接过程中焊接金属会出现收缩的问题。第三个方面是在焊接过程中被焊接件会出现金属组织变化的问题。第四个方面是在焊接的过程中有可能受到焊接件的刚性约束。下面进行详细的阐述和分析。
3.1原因一:在焊接的过程中会出现焊接件受热不均匀的现象
根据相关的研究得出焊接过程中出现焊接应力及焊接变形主要的根源问题就是焊接过程中的受热不均匀。焊接件焊机的位置由于焊接工作的进行而出现热涨情况, 但是没有焊接的位置由于没有热涨现象从而阻止了热涨变形。这样就会在焊接结束后出现严重的焊接变形、同时还会出现较大的焊接应力。
3.2原因二:在焊接过程中焊接金属会出现收缩的问题
焊接工作主要就是要融化焊接木材然后再进行金属填充, 在常态下是一种全塑状态, 在焊接过程中只会出现自身的变形而没有带动或者拉动其他的金属变形, 进而会发生金属的收缩现象, 出现焊接变形。
3.3原因三:在焊接过程中被焊接件会出现金属组织变化的问题
焊接过程有长有短, 但是针对每一个位置的金属而言是非常短暂的, 在金属还没有来得及出现或者发生相变的情况下, 焊接过程已经结束, 高温极短, 冷却极快, 这样就会出现金属组织出现相应的不良变化, 进而出现焊接变形同时产生焊接应力。
3.4原因四:在焊接的过程中有可能受到焊接件的刚性约束
焊接件本身存在的刚性约束同焊接过程中出现焊接应力及焊接变形有着至关重要的关联, 焊接件的刚性约束同焊接变形及焊接应力出现的概率成反比。刚性约束越大, 出现焊接变形及焊接应力的概率越小。
4在焊接的过程中对于焊接变形及焊接应力的有效预防及控制的相关措施
关于这方面的阐述和分析, 文章主要从两个方面进行阐述和分析。第一个方面是焊接变形的控制预防措施。第二个方面是焊接应力的控制预防措施。下面进行详细的阐述和分析。
4.1焊接变形的控制预防措施
关于焊接变形的控制预防措施的阐述和分析, 文章主要从两个方面进行阐述和分析。第一个方面是设计层面的预防措施。第二个方面是工艺层面的预防措施。下面进行详细的阐述和分析。
4.1.1措施一:设计层面的预防措施
在设计过程中, 要有意识的减少焊接缝的数量及焊接缝的施工尺寸。同时最为重要的是要防止焊接缝集中出现在一处。文章建议焊接的位置最好选择在焊接件的中间位置, 这样就会由于对称而减缓或者减轻焊接变形及焊接应力。
4.1.2措施二:工艺层面的预防措施
(1) 焊接过程中可以使用反变形的方法来预防焊接变形。 (2) 焊接过程中应该合理科学的选择焊接的先后顺序。 (3) 焊接过程中应该使用恰当的焊接方法。
4.2焊接应力的控制预防措施
关于焊接应力的控制预防措施的阐述和分析, 文章主要从两个方面进行阐述和分析。第一个方面是焊接过程中使用合理科学的焊接顺序。第二个方面是焊接过程中应该有意识的预留足够的焊接缝来保障焊接过程中的自由收缩。
4.2.1措施一:焊接过程中使用合理科学的焊接顺序
收缩量最大的焊缝应当先焊。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小, 故应力较小。平面上的焊缝焊接时, 要保证焊缝的纵向和横向 (特别是横向) 收缩不要受到较大的约束。
4.2.2措施二:焊接过程中应该有意识的预留足够的焊接缝来保障焊接过程中的自由收缩
缓和槽减小应力法:厚度大的焊件刚性大, 焊接时容易产生裂纹, 在不影响结构强度性能的前提下, 可以采用在焊缝附近开缓和槽的方法来减小焊接应力, 避免裂纹的产生。
5消除焊接过程中焊接变形及焊接应力的相关方法
关于消除焊接过程中焊接变形及焊接应力的相关方法的阐述和分析, 文章主要从三个方面进行阐述和分析。第一个方面是在焊接工作实施之前要对焊接变形进行相应的矫正处理。第二个方面是在焊接工作中, 应该做到对焊接件进行应力退火。第三个方面是在焊接工作中, 应该做到对焊接件进行机械拉伸处理。下面进行详细的阐述和分析。
5.1方法一:在焊接工作实施之前要对焊接变形进行相应的矫正处理
在钢结构加工之前, 首先考虑采取各种有效措施防止或减小焊接变形, 但在实际施工中由于某些原因, 焊后结构会发生了超过产品技术要求所允许的变形, 这样就必须设法矫正变形, 使之符合产品质量要求。
5.2方法二:在焊接工作中, 应该做到对焊接件进行应力退火
在焊接过程中, 焊接应力退火又可以称之为高温回火, 焊后钢件加热温度为500~650℃, 可进行整体去应力退火, 也可以局部退火。
5.3方法三:在焊接工作中, 应该做到对焊接件进行机械拉伸处理
焊接后的机械拉伸就是对焊件施加载荷, 使焊缝区产生塑性拉伸, 以减少其原有的压缩塑变, 从而降低或消除应力。如:压力容器的水压试验。
6结束语
在工业生产中, 焊接工作的有效科学发展能够推动我国的机械行业的健康发展, 因此我们在焊接工作进行过程中, 一定要注意焊接的质量, 同时对于影响焊接质量的各种因素给予及时的发现并且处理, 只有这样我国的焊接工作才能够有更好更快的发展。
参考文献
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焊接应力、焊接变形的产生和控制 篇6
关键词：焊接应力,焊接变形,控制措施
在建筑工程钢结构日益发展的今天, 形式各样的焊接机械、焊接方法日新月异, 焊接技术和焊接质量成了一个关键的课题。但是在施工过程中, 由于焊接过程产生的焊接残余应力和焊接残余变形, 严重影响着工程的质量、工程的安装进度和结构承载力 (即使用功能) , 因此, 需要采用合理的焊接方法和焊接工艺加以控制。建筑工程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。
焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后, 存在于焊件中的内应力。按应力作用时间的不同, 焊接应力可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接瞬间应力, 是指焊接过程中某一瞬时的焊接应力, 它随时间而变化。焊件冷却后, 残留于焊件内的应力, 称为焊接残余应力。焊接变形, 即由于焊接而引起的焊件变形。焊接变形包括焊接过程中的变形和焊接残余变形。焊后焊件不能消失的变形, 称为焊接残余变形。我们将主要讨论焊接残余应力、焊接残余变形的产生和控制。
1 焊接残余应力与焊接残余变形产生的原因
影响焊接应力与变形的因素很多, 最根本的原因是焊件受热不均匀, 其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性的不同所致。另外, 焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与焊接变形的大小、方向、分布等也都有一定影响。
2 焊接残余应力和焊接残余变形的分类
2.1 焊接残余应力
按焊接应力的性质划分:拉应力;压应力。
2.2 按引起焊接应力的基本原因划分
热应力, 也称温差应力;组织应力, 也称相变应力;拘束应力, 也称反作用应力或收缩应力。
2.3 按焊接应力作用的方向划分
纵向应力;横向应力;厚度方向应力。
2.4 按焊接应力在焊接结构中存在的情况划分
单向应力 (线应力) ;两向应力 (平面应力) ;三向应力 (体积应力) 。
2.5 按内应力的发生和分布范围划分
第一类应力, 又称宏观应力;第二类应力, 又称微观应力;第三类应力, 它的平衡范围更小, 其平衡范围只可用晶格尺寸来比量。
焊接残余变形, 焊接变形分为六种基本变形形式:收缩变形:纵向收缩变形;横向收缩变形;弯曲变形;角变形;波浪变形;扭曲变形;错边变形。
3 焊接残余应力、焊接残余变形的控制措施
针对这些不同种类的焊接残余应力和焊接残余变形, 追溯根源, 根据实际情况进行分析, 采取有效可行的控制措施。
3.1 焊接残余应力的控制措施
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。焊接残余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焊接变形, 往往对控制焊接残余应力较为忽视, 常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制焊接变形, 与此同时实际上是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, 虽然焊接变形会较小, 但却同时产生较大的焊接内应力, 甚至产生焊接裂纹。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:减小焊缝尺寸;减小焊接拘束度;采取合理的焊接顺序;降低焊件刚度, 创造自由收缩的条件;锤击法减小焊接残余应力;采用抛丸机除锈。
3.2 焊接残余变形的控制措施
全面分析各种因素对焊接残余变形的影响, 掌握其影响规律, 就可以采取合理有效的控制措施。
3.2.1 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作用, 因此, 在板厚相同时, 坡口尺寸越大, 收缩变形越大。
3.2.2 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。
3.2.3 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, 除电渣焊以外, 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。
3.2.4 接头形式的影响
在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等条件因素相同时, 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, 使焊缝收缩的同时受到板厚、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。
3.2.5 焊接层数的影响
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。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, 而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束, 因此, 多层焊接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。
在工程焊接实践过程中, 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, 充分了解各因素单独作用的影响, 以便于对工程焊接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, 就可以采取合理有效的控制焊接残余变形的技术措施:
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) 。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。厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。在满足设计要求情况下, 纵向加强肋和横向加强肋的焊接方法可采用间断焊接法。双面均可焊接操作时, 要采用双面对称坡口, 并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。采用刚性夹具固定法控制焊后变形。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。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。在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时, 要采取合理的焊接顺序。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。
综上所述, 在建筑工程钢结构焊接过程中, 一定要了解焊接工艺, 采取合理有效的焊接方法和控制措施, 以便减少和消除焊接残余应力和焊接残余变形。在工作实践中不断总结、积累焊接经验, 综合分析考虑各种影响因素, 才可以保证建筑工程中的焊接工程质量。
参考文献
焊接变形技术 篇7
关键词：焊接工艺,不锈钢,影响分析
焊接工艺是不锈钢加工过程中较为普通的加工手段, 但焊接工艺对不锈钢的影响较大, 尤其是焊接过程中造成不锈钢变形, 对于不锈钢的使用性能来说, 具有重要影响。本文就焊接过程中, 如何解决因为热量过大而引发的不锈钢变形问题进行了研究, 通过采取行之有效的措施, 来解决这一问题, 确保不锈钢加工的美观性和使用性。
1 焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响因素
1.1 焊接方法因素
目前对不锈钢焊接加工的工艺很多, 例如氩弧焊、电弧焊等焊接方法, 但由于焊接方法不同, 对不锈钢焊接变形造成的影响也就不同。焊接方法不同, 焊接过程中产生的热量也就不同, 这些热量将会导致不锈钢形态改变, 从而影响到不锈钢的使用性能[1]。因此, 在进行不锈钢焊接过程中, 要根据不锈钢构件的实际情况选择焊接方法, 避免受到热量影响过大, 造成不锈钢构件失效, 从而造成资源的浪费。
1.2 焊接顺序因素
焊接顺序对于不锈钢焊接变形的影响较大, 由于焊接顺序不同, 对不锈钢的构件造成的应力不同, 这样一来, 就在很大程度上影响了不锈钢构件的稳定性, 从而导致焊接过程中构件变形, 甚至让不锈钢构件损坏, 无法继续使用。在进行不锈钢焊接过程中, 要注意焊接顺序, 将不锈钢焊接变形问题充分考虑进来, 确保焊接工作顺利进行。
1.3 焊接参数因素
焊接参数主要是焊接过程中, 电压、电流等方面的具体数值对不锈钢焊接变形的影响因素。一般来说, 在进行不锈钢焊接过程中, 电压、电流以及电弧等方面的数值都是有着标准化要求的, 这一要求主要是针对于焊接过程中避免造成不锈钢出现太大变化, 进行的一个参数规定。在进行焊接过程中, 对各个数值的明确规定, 有利于保证焊接工艺的顺利进行, 对于实现焊接结果来说, 具有一定的保证。但在实际工作当中, 对于焊接参数把握的不准确, 反而成了影响不锈钢焊接变形的影响因素之一。
2 焊接工艺对不锈钢焊接变形影响的预防措施
针对于焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响, 为了确保焊接工艺能够更好地服务于不锈钢焊接工作当中, 必须要对焊接工艺在进行不锈钢焊接工作时的技术要求提出明确规划, 采取有效措施解决焊接工艺存在的问题, 使之更好地应用于不锈钢焊接工作当中。
2.1 焊前设计
在进行不锈钢焊接工作时, 要根据不锈钢构件的实际情况进行具体分析, 采取行之有效的焊接方法, 这就要求我们在实际焊接工作之前, 做好焊前的设计准备工作。焊前设计主要是针对于不锈钢焊接过程中可能存在的问题以及可能出现的情况进行提前预估, 找出一种行之有效的焊接方式, 进行不锈钢的焊接工作。焊前设计时, 要注意到焊接方法、焊接顺序以及焊接参数等影响不锈钢焊接变形等因素, 确保焊接方法以及焊接顺序的正确性, 并且就相应的焊接设备进行焊前检测, 确保各项参数数值的准确无误。
2.2 焊接过程控制
焊接过程是造成不锈钢变形的根本原因, 在焊接过程中采取强有力的措施控制, 对于保证不锈钢的使用性来说, 具有重要意义[2]。虽然在焊前进行了比较详细的设计, 就焊接方法以及焊接顺序、焊接参数都进行了考量, 但在实际操作过程中, 这些数据对于不锈钢焊接的影响, 是否如理论数值一样, 就需要在焊接过程中进行密切监控。若是发现不符合实际焊接情况的因素, 要进行及时补救措施, 确保焊接过程顺利进行。在进行焊接过程控制时, 还应该注意到工作人员的专业化技能水平, 查看工作人员是否按照程序办事, 在实际操作过程中可否存在安全隐患, 这些方面因素, 都应该进行有效监控, 以此来促进焊接过程的顺利进行。同时, 在进行焊接过程控制时, 要密切关注有关焊接规章制度的落实情况, 对焊接人员的工作进行有效检查, 查处违规操作行为, 这对于促进不锈钢焊接工艺发展来说, 具有重要的积极意义。
2.3 注重焊后的矫正工作
不锈钢进行焊接处理过程中, 其本身会受到焊接时的热量影响, 发生变形情况, 这对于不锈钢的使用性来说, 具有十分不利的影响。因此, 在进行焊接工艺加工时, 不锈钢焊接工艺各个环节, 都要注意到焊接工作的合理有效进行, 在焊后更要注意到矫正工作的实行。焊后的矫正, 在很大程度上能够矫正不锈钢构件的形状, 让不锈钢构件符合使用要求。注重焊后的矫正工作, 提高了不锈钢构件的资源利用效率, 降低了焊接工艺对不锈钢构件的损毁程度, 对于不锈钢焊接工作发展来说, 具有重要意义。
3 结语
综上所述, 我们不难看出焊接工艺对不锈钢焊接变形的重要影响, 如何解决焊接变形问题, 是焊接工艺面临的一个严峻议题。焊接变形影响到了使用性能和审美观, 解决这一问题对于促进焊接工艺发展来说, 意义重大。因此, 在接下来的焊接工艺施工过程当中, 要注意焊接方法、焊接顺序、焊接参数等影响焊接变形的因素, 采取有效措施解决焊接变形问题。
参考文献
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焊接变形技术 篇8
1.1 焊接应力产生的原因
焊接应力产生的主要原因是因为在焊接过程中局部会产生高温引起形状或尺寸的变化, 焊缝的内应力和母材压应力数值平衡, 焊接口也冷却到原始温度后, 这时候应力状态就叫做焊接应力。
1.2 焊接的不均匀受热
焊接过程中是向母材焊口之间加热, 目的是为了让焊材局部产生高温使得母材部分融化粘合在一起, 从而完成焊接的过程。所以让焊材局部产生高温, 使得其不均匀受热是焊接的第一步。对母材进行不均匀加热, 在其持续加热的过程中, 只要达到母材的熔点温度, 就会构件就会产生可塑性变形, 一般情况下, 粘合冷却后就会产生一定的焊接残余应力。而在其中个别过程中, 由于不均匀受热, 焊件的变形方向和焊后的变形方向是相反的, 在其中焊件的应力一般分布是不均匀的, 一旦完成整个焊接后, 焊口附近的残余应力一般是属于拉应力。
1.3 焊接变形产生的原因
在焊接过程中是把母材的焊口局部加热到高温状态, 导致焊材材质上温度不均匀, 并且焊接热循环的过程中会使得组织内部发生转变, 体积变化的过程中会受到体积并未发生变化时的阻碍, 这样焊接口就会产生变形, 这就是焊接变形产生的主要原因。
1.4 金属组织的变化
一般焊接过程中持续把母材局部温度加热, 金属内部的体积组织状态也就会发生变化, 金属为固体状态时成键作用是金属阳离子与其他自由电子之间会有相互作用, 并无分子间的作用力, 所以其物理属性和化学属性均取决于金属键, 在焊接过程中局部持续加热, 焊口部分金属熔化, 金属键产生断裂。当焊缝金属重新冷却后, 由于它与母材金属之间是紧密联系的, 而焊缝金属并不能自由重新收缩成熔化前的形状, 由此也会产生焊接应力和变形。
2 焊接应力残余和变形的危害及消除措施
2.1 为什么会产生焊接残余应力
在焊接完成之后, 焊材熔化与母材结合产生新的形态, 同时母材在局部高温后也会产生熔化再凝固的过程, 这时候就会产生形变。形变完成之后并不代表焊接应力已经消除了, 而是形变以后会产生新的力, 这个就叫焊接变形。一般来说焊接残余应力和焊接变形是同时存在的, 焊接残余应力也是焊接变形的结果, 但一般情况来说焊接变形比焊接残余应力所带来的危害要大得多。如果严重的话它可能会使整个母材的形状或者尺寸发生变形, 使得无法安装或者无法连接组装, 同时还面临着整个材质的构建缺乏稳定从而无法承受一定程度的负荷。如果强行矫正将需要投入更大的人力物力, 并且矫正后的母材仍面临着较大报废的风险, 在一些安全系数较高的仪器焊接过程中, 一旦出现疏漏所带来的损失有时候几乎是无法估测的。因此在焊接过程中, 仍需要充分掌握母材的有机构造以及其机理结构, 同时把握一定在变形后所发生的形变是否会影响使用的品质, 才能在最低程度上控制其产生的危害。
2.2 消除焊接应力的方法
2.2.1 控制焊接应力的产生
虽然在焊接过程中避免焊材和母材之前发生形变和产生焊接应力是不可能的, 但是根据不同材质以及焊接材料的选择上, 同时利用不同材质的有机机理可以在一定程度上缓和形变和焊接应力的产生, 可以使得其危害程度发生在最小。
一般情况下对于控制焊接应力的产生可以通过2个途径来完成, 分为物理方法和化学方法。2种方法都只有一个目的, 就是使得焊件上的热量尽量均匀分布以减少对焊口收缩所带来的副作用。化学方法是采用焊接前预热技术, 因为局部范围内温差越高对凝固后产生的变形越大, 对母材和焊材进行一定温度的预热可以避免凝固后所带来的变形, 同时焊缝内凝固得速度越快越容易产生形变。预热又分为整体预热和局部预热, 整体预热通常适用那些刚性比较大的母材, 因为如果适用局部加热可能会使得局部热量过高, 反而会影响焊接质量。而物理方法主要包括合理的装置和焊接顺序的安排, 留出最佳合适的焊口, 这样会给焊材的熔化膨胀和凝固收缩提供一定的余地, 这样就可以有效地控制焊接应力的产生。
2.2.2 消除焊接应力的措施
在焊接过程中消除焊接应力主要包括热处理法、机械法和振动法3种。
热处理方法主要是同整体加热或者局部加热来延缓焊接应力所带来的负面效果。具体的操作方法有很多, 常用的是通过回炉加热, 然后再保持一段时间的温度以后再冷却, 这样会对消除焊接应力起到一定作用的效果。而通过整体回炉加温可以使得80%-90%的残余应力消除掉, 这个也是在生产过程中最主要的消除焊接应力和防止器变形的主要方式。此外, 在焊接材料中加入相对熔点较低的金属也可以使得焊接应力有一定程度的缓解。
机械法是指在焊接过程中, 利用一些工具小幅度的敲击拍打母材, 使得母材在一定程度上延缓焊接变形所带来的焊接应力对于质量的影响, 敲击震动可以使得金属的可塑形延展性增强, 也就能在一定程度上缓解焊接应力产生的变形。
振动法又分为法泵技术、水泵技术、阀泵技术、和水泵CFD技术等技术, 构件在承受负荷应力达到一定值后, 循环多次震动加载后就可以是结构应力达到最低水平, 并且并不会附带高温回火所带来的氧化问题, 目前已被投入使用。
2.3 焊接变形的控制措施与消除方法
对于焊接变形后的消除方法主要包括其结构参数所带来的影响, 以及材料参数和制作因素等各方面所带来的影响。而控制焊接变形也需要从焊接的根本因素着手。
2.3.1 选择合理的焊缝以消除焊接变形的影响
基于不同母材的结构参数, 也就是几何形状以及板材厚度等因素, 综合考虑其焊缝所带来的影响。焊缝的设定对于整个焊接过程中是至关重要的一步, 对于相同材质的母材来讲, 焊缝留的空隙过大, 会消耗过多的焊材, 同时对于焊接的质量也会有所影响, 焊材的密度一般要低于母材, 这样对于构件的稳定性也会造成影响。如果焊缝留得过小, 那么对于冷却时间就会过快, 不利于焊接, 对于焊接的力学性能和粘合性都会产生质量性的影响。
2.3.2 合理安排焊缝位置以消除焊接变形的影响
焊缝的实际位置也可能影响焊接的力度, 在选取焊接的截口尽量选择中性轴对称位置。焊缝的坡口角度越大, 越需要填入更多的焊材金属溶质, 以稳固其坡度的承受负荷的能力, 而其板厚的横向力度受力就越发不均匀, 影响焊接的品质。
在焊接的过程中尽量选择合理的位置, 和留出合适的焊缝可以稳定整个焊接的受力能力, 增强其承受负荷的能力。要想保证构建的稳定性和强度, 剔除不必要的焊口焊缝选择合理的焊接位置以及焊接坡口, 对于整个焊接品质的影响是最基础也是最重要的环节之一。
3 对于焊接变形的矫正
焊接变形主要又分为横向变形、纵向变形、角度变形、弯曲变形和扭曲变形这5种基本变形。对于已经发生变形的构件, 分别需要采用不同的矫正方式。
而其中弯曲变形和扭曲变形超过一定的标准结构范围是必须采取矫正措施, 其中多采用机械矫正、火焰矫正和混合矫正为主。而机械矫正主要分为液压矫正法和滚筒矫正法。而火焰矫正法, 主要还是通过向构件持续加热, 向金属内部注入热量, 使得金属键再次发生断裂, 从而达到可塑性的目的。在使用火焰矫正法时, 一定要使得构件处于一个无承压重力的环节下, 否则会使得构件主架结构发生变形, 影响构件质量。火焰矫正法可以使得长达20m的钢材折弯拱形变化6mm的状态, 而不影响其本身的质量。但是在过程中很难把握其定量加热的程度。
4 结语
本文通过对焊接的原理在对其基本结构和物理性质方面, 对焊接过程中产生的焊接应力的产生和焊接变形提出了一些改良方式, 焊接是影响整个构建稳定性, 对其所承受负荷能力起着很关键的一环, 完善焊接措施可以提高产品的质量。同时本文也针对已经焊接变形提出一些矫正措施, 这对于后期产品的使用是十分必要的。
摘要：随着社会不断地进步, 对于高新科技的精密性要求越来越严格, 焊接也慢慢被逐步要求现代化、大型化等多种趋势发展, 而传统意义的焊接中会产生多种很难规避的质量问题, 如何发展采取措施减小金属在焊接过程中不产生焊接应力和焊接变形, 在现实中具有非常重要的意义。
关键词：焊接应力,变形:原因,控制
参考文献
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浅析钢结构焊接变形产生及防治 篇9
关键词:焊接;残余变形;残余应力;矫正
中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)11-0005-02
在建筑钢结构火速发展的今天,各种焊接方法日新月异,焊接技术成了一项关键的课题。但在施工过程中,由于焊接产生的残余应力和残余变形,严重影响着工程的制作精度,进而影响安装进度、质量甚至会使承载力大大降低。因而,了解焊接变形产生的原因及防治措施是钢结构施工过程中的一个重要环节。
1 焊接变形的产生原因
金属构件焊接时,焊缝区域局部受热膨胀,而周围的母材还处于冷态式或加热温度不高,因而对受热区域母材的膨胀起约束作用,因而焊接区受压,而母材受拉;随着电弧前移,已完成焊接的热影响冷却收缩,而其周围的母材此时起到了约束其收缩的作用,因而焊缝区域受拉,而其周围的母材金属受压。
在焊接应力作用下,如果焊件的拘束度较小,则焊件会产生相应的变形,如缩短、弯曲、翘曲等;如果焊件的拘束度很大,此时焊件不能自由变形,但在应力作用下会产生局部的应变,同时产生较大的残余应力。
2 焊接构件的残余变形的种类
构件经局部加热冷却后产生不可复的变形称为残余变形。残余变形的种类如下:
(1)纵向收缩变形:指构件在焊缝方向收缩。
(2)横向收缩变形:指构件垂直于焊缝方向缩短。
(3)弯曲变形:焊缝的纵向和横向收缩引起构件的整体弯曲。
(4)角变形:焊缝的横向收缩使焊件平面绕焊缝轴产生的角度变化。
(5)波浪式变形:薄钢板焊接后,母材板面产生的翘曲。
(6)扭曲变形:构件焊接后,角变形沿构件纵轴方向变形大小不同,以及构件翼缘和腹板的纵向收缩量不一致,形成的变形形态。
3 焊接残余变形量的影响因素
3.1 焊缝截面积的影响
焊缝截面积对纵向、横向及角变形的影响起主要的作用。在板厚相同的情况下,开坡口尺寸和预留的间隙越大,变形量越大。
3.2 焊接热输入的影响
一般情况下,热输入越大时,受热的高温影响区域范围也越大,冷却速度越慢,因此接头塑性变形区也增大。横向、纵向、角变形量都会增大,但在表面堆焊时,由于加热作用只集中于表面,因此随着热输入增大,塑变区向板厚方向扩大,会引起角变形增大。如果热输入增大到一定程度,由于整个板厚温度趋近,因而即使热输入继续增大,反而会使角变形下降。
3.3 工件的预热、层间温度影响
预热温度和层间温度高,会增大热输入,使冷却速度减慢,收缩变形增大。
3.4 焊接方法的影响
各种焊接方法的热输入不同,且差距较大。因此在其他条件相同情况下,收缩变形值不同。热输入越大,则焊接变形越大。在钢结构几种常用的焊接方法中,埋弧焊热输入最大,手工电弧焊次之,CO2气体保护焊热输入值最小。因此在施工中要尽量采用热输入较小的工艺施焊。
3.5 接头形式的影响
焊接接头形式有很多种,常见的有堆焊、对接焊和角焊,在其他因素相同的情况下,不同的接头形式对变形量有不同的影响。
(1)表面堆焊时,构件的横向变形不但要受到母材表面两个方向的约束,而且同时受到板厚方向母材的约束,其变形量相对较小。
(2)对接接头在单层焊道的情况下,其焊缝横向收缩量要比堆焊时产生的变形量大。在单面坡口焊且坡口较大时,板厚方向上、下两侧收缩量差别很大,因而会产生较大的角变形。双面焊时,因为坡口角度和间隙都较小,产生的横向收缩和角变形量也较小。
(3)T形接头角焊时,构件的翼缘板相当于堆焊,腹板则相当于对接,如采用两面坡口角对接,则其角变形值比T形接头角焊时小得多。
3.6 焊道层数的影响
(1)横向收缩:在对接接头多层焊时,第一道焊缝的横向收缩与对接焊的变形规律相同,以后各层则相当于无间隙对接焊,在接近于盖面焊道时,与堆焊的变形规律相似,因此收缩变形量相对较小。
(2)纵向收缩:多层焊时,各层焊缝的热输入值比一次完成单层焊时小得多,加热范围窄、冷却快,因此产生的收缩变形小得多;而且多层焊时每层焊缝所产生的变形区会发生重叠,其总变形量并未加大,而且前层焊缝成形后会对后层焊缝形成约束,因此,多层焊的纵向收缩量比单层焊时要小得多,且焊道的层数越多,纵向变形越小。
4 焊接变形的矫正方法
焊后残余变形的矫正方法,分为加热矫正和施力矫正。施力矫正一般用千斤顶、翼缘矫正机等设备。施力矫正方法比较简单,只需在变形的反方向加力,使其恢复到原来状态即可,但有些复杂变形必须用加热矫正的方法方可消除。下面重点介绍火焰加热矫正。
4.1 低碳钢火焰矫正加热温度及注意事项
低温矫正:500℃～600℃
冷却方式:水
中温矫正:600℃～700℃
冷却方式:水或自然冷却
高温矫正:700℃～800℃
冷却方式:自然冷却
火焰矫正时加热温度不宜过高,否则会引起金属变脆,影响冲击韧性,强度在Q345以上的钢材在高温矫正时不可用水冷却。
4.2 焊接变形火焰矫正经常采用加热方法
经常采用的有以下3种:①点加热法;②线加热法;③三角形加热法。
4.3 不同部位变形的矫正方法
4.3.1 薄板波浪变形
对于薄板波浪变形,可以用点加热方式,见图1。加热火焰应朝向变形鼓起的板面,根据变形量掌握加热点间的距离,变形量大则间距小,变形量小则间距大。加热点直径在15 mm以上,并随板厚度增大而增大,在加熱过程中可配合小锤敲击。
4.3.2 H型钢翼缘板的角变形矫正
H型钢柱、梁翼缘的角变形。在翼缘板上侧进行纵向线状加热,见图2。加热温度宜控制在650℃以下,加热范围以不超过两焊脚范围为宜,加热后不宜用水冷却。
4.3.3 H钢柱、梁的上拱
翼缘板上做线状加热,在腹板上做三角形加热,见图3。用这种方法矫正H型钢柱、梁的弯曲变形有较好的效果。线状加热宽度控制在80 mm以内,板厚较小时,加热宽度可以适当窄一些,同时缩小间距,加热时要从中间向两边扩展,最好由两人同时操作,保证两侧受热均匀;三角形加热的宽度控制在板厚的2倍以内,三角形的底边与对应的翼板上部线状加热宽度一致,加热三角形从顶部开始,然后从中心向两侧扩展,加热腹板时温度不能太高,否则造成凹陷变形,很难修复。低碳钢加热完成后立即用水冷却,效果更加明显。
5 结束语
焊接变形产生的机理多种多样,同时还受到操作环境和操作技能的影响。只有在实践中不断总结,才能有效防治。同时加热矫正引起的应力会与焊接应力叠加,同向应力叠加甚至可能会使构件的总应力超过允许应力,从而导致构件承载力增大引起结构破坏,因此在钢结构制造过程中,要尽量采用科学合理工艺,以减少构件变形。
参考文献:
[1]ISBN 7-80159-487-8/TU·246.《钢结构工程施工与验收实用手册》北京建材工业出版社
[2]ISBN 7-80177-012/TU·008《建筑钢结构施工手册》.中国计划出版社
焊接变形技术 篇10
立式圆筒形钢制焊接油罐, 底板采用搭接接头形式。罐底板的焊接质量在很大程度上决定了油罐的使用寿命及在用状态, 采用合理的焊接方法及工艺措施, 可以有效地避免应力集中、控制焊接变形, 提高罐底板施工质量。
1 立式圆筒形钢制焊接油罐底板的组成
油罐底板由中幅板与边缘两部分组成, 板材为Q235A, 中心区钢板的一般厚度为4-6mm, 边缘板钢板厚度一般为8-12mm。3000m3以下油罐底板中心板板厚为6mm, 边缘板板厚为8mm。
2 油罐底板焊接变形的原因及控制原理
2.1 油罐底板焊接变形的原因
焊缝纵向收缩变形、焊缝横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形这五种变形是油罐底板焊接变形的根本, 特别是底板与壁板连接的双面角焊缝, 此处受力最大, 角焊缝的焊脚尺寸也较大, 焊后产生较大的收缩力, 在平板上出现压应力, 使周边缩短, 如不能自由收缩, 就会造成底板较大的波浪变形和挠曲变形, 这是使底板离开地基向上拱起高达几百毫米的主要原因。
2.2 焊接变形的控制原理
2.2.1
合理的选择焊接方法和焊接规范;
2.2.2 选择合理的装配焊接顺序;
a.按中幅板边缘板壁板与底板角焊缝边缘板与中幅板预留焊缝的装配焊接顺序焊接。b.先焊短焊缝, 后焊长焊缝。c.预留收缩焊缝, 即中幅板与边缘板间焊缝, 待整个油罐组装焊接完成后最后焊接此预留的收缩焊缝。
2.2.3 正确的施焊方法
a.5m以下焊缝采用由中间向两端焊法或分段退焊法、5m以上焊缝采用对称分段退焊法或分段跳焊法。b.对称焊缝采用隔段跳焊法。c.对称焊。
2.2.4 采用防变形措施控制焊接变形
a.刚性固定法;b.焊后锤击方法。
3 底板实际焊接组装工艺
3.1 焊前准备工作
3.1.1焊条的烘干:油罐的焊接选用E4303型焊条, 使用前设专人对其进行烘干。烘干温度100-150℃, 恒温时间0.5-1h, 允许使用时间8小时, 重复烘干次数≤3, 烘干后保存在100-150℃保温箱中随用随取, 以保证焊接质量。3.1.2焊缝及坡口的清理:焊缝两侧20mm范围内及坡口处进行打磨至露出金属光泽, 以保证焊接质量。3.1.3保证正确的装配尺寸:我们知道焊接变形的影响因素之一是焊缝截面积, 截面积的大小又决定着焊接工艺的选择, 因此要保证焊接质量, 减小变形, 必须严格按设计要求进行组对, 保证正确的装配尺寸。
3.2 油罐底板的焊接
3.2.1 焊接原则
在油罐底板的焊接过程中, 应始终遵循以下原则:先焊短焊缝, 后焊长焊缝, 预留收缩缝, 待罐底大角焊缝焊接完毕后再进行收缩缝的焊接。
3.2.2 中幅板的安装和焊接
中幅板由中心向四周对称安装、焊接
如图1先从中心开始按1、2和1’、2’的顺序安装、焊接好中间的一条带。每条焊缝均按分段退焊法从中间向两边焊, 接着向两侧按3、4和4’的顺序安装与焊接, 再用分段退焊法或分段跳焊法从中间向两端同时焊接5和5’两条长焊缝。再以同样的方法和顺序焊好中幅板的其余焊缝。
3.2.3 边缘板的安装和焊接
中幅板焊好后安装全部边缘板。安装时中幅板与边缘板间的收缩缝不可点固焊。因为壁板与边缘板间大角焊缝严重收缩是使底板挠曲变形的主要原因, 要使其处于自由状态, 从而减少焊接变形。a.边缘板靠外边缘300mm对接焊缝焊接。焊工沿圆周对称分布由外向里焊接。焊工沿同一圆周方向、隔缝跳焊。然后进行100%RT探伤, 达到JB4730-1994Ⅱ级为合格。合格后用砂轮磨平与壁板连接处的焊缝。b.底圈壁板与边缘板角焊缝的焊接。立式圆筒形钢制油罐采用倒装法组装时, 待顶板、壁板全部组装焊接完毕后, 焊接底圈壁板与边缘板间的大角焊缝。按先内后外的顺序, 由多名焊工沿同一方向采用分段退焊法或分段跳焊法, 均布、等速、同步施焊。c.边缘板间剩余搭接焊缝的焊接。焊工对称分布, 沿同一圆周方向隔段跳焊, 每条焊缝由外向里分段退焊。d.中幅板一边缘板间搭接焊缝的焊接。两名焊工对称分布于中央中幅板两侧以中央板条为基准, 两侧对称施焊, 每条焊缝由中间向两端进行分段退焊或分段跳焊。
3.2.4 焊接工艺要求。
a.焊接接头形式。油罐底板接头主要有搭接、角接、对接、T形四种接头形式。b.焊接方法。在保证油罐施工质量的前提下, 结合本公司实际情况, 采用手工电弧焊的焊接方法。c.焊接工艺参数 (见表1) 。d.搭接接头三层钢板重叠部分的焊接。搭接接头三层钢板重叠部分, 应将上层底板切角, 切角长度为搭接长度的2倍, 其宽度为搭接长度的2/3, 在上层底板铺设前, 应先焊接上层底板覆盖部分的角焊缝。
3.3 焊接时注意事项
3.3.1分段退焊及分段跳焊时每段焊缝长度400mm;3.3.2几名焊工同时施焊时, 要求严格控制焊接速度, 做到等速、同步施焊, 焊接时错开接头部位;3.3.3多层焊时, 每层焊后必须进行焊缝表面清理, 以避免气孔、裂纹、夹渣、分层等焊接缺陷的产生;3.3.4冬季施工当气温低于-5℃时不准施焊, 施焊时要进行焊接预热处理;3.3.5油罐的焊接应在没有雨雪落到的焊接部位的情况下进行, 当有大风时应用遮风板挡住焊接部位。
4 防止产生焊接变形的措施
4.1 刚性固定法-底板组对卡具固定
不论中幅板、边缘板的横缝或纵缝, 还是底层壁板与底板的角焊缝, 在铺设、找正后用卡具固定。 (见图2) 每隔400～500mm布置一组卡具, 在焊每一条焊缝之前, 先对焊缝进行定位, 然后施焊, 并逐步拆除卡具。用卡具固定有利于焊缝的自由收缩, 这样可有效地控制焊接变形。
4.2 焊后锤击焊缝
每焊一道焊缝用带小圆弧面的小手锤锤击焊缝区, 使焊缝得到延伸, 从而降低内应力。锤击时保持均匀、适度, 避免锤击过份产生裂纹。
5 结论
油罐底板焊接, 在施焊过程中严格执行焊接工艺规范、对每条焊缝采用了合理的施焊方法, 并采用了行之有效的防变形措施, 经焊后实测, 底板的局部凹凸度均小于50mm, 完全满足了规范要求, 达到了预期的效果, 受到了用户的好评, 工程质量创优。
参考文献
[1]立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范GBJ128-90.