应力产生（精选8篇）
应力产生 篇1
在工程建设中,混凝土被广泛应用于桥梁、房屋等建筑的受弯构件的施工中,但由于混凝土的抗拉强度和极限应变都很低,每米混凝土只能被拉长0.1 mm～0.5 mm,所以在荷载作用下,经常会开裂,极易造成钢筋锈蚀,降低构件的耐久性。而裂缝主要产生于受弯构件的受拉侧,单纯地依靠提高截面尺寸和钢筋用量会增加构件自重,对裂缝的控制并不能产生很好的效果。因此,为了更好的控制裂缝的产生和发展,一般都会在构件受力前预先对混凝土施加压力,用以抵消受荷后产生的拉力,甚至使整个构件只受压力作用。
然而在预应力混凝土构件的施工和使用过程中,由于各种原因会使预应力减小,称为预应力损失。这些损失往往不能使构件达到我们预期的预压效果,在使用过程中依然会产生裂缝。本文根据作者以往的一些经验,总结出了下面几种预应力损失以及减少损失的方法。
1 混凝土加热养护时的预应力损失σl1
1.1 产生原因
在混凝土加热养护的过程中,由于温度的升高会使预应力钢筋产生温度应变,钢筋的膨胀会产生预应力损失。但是这种损失只存在于钢筋与受拉构件的线膨胀系数不等的情况下,若钢筋锚固在钢模上,则不必考虑该损失。
设受张拉的钢筋与台座之间的温度差为Δt(℃),钢筋的线膨胀系数α=0.001 ℃,由温度变化引起的长度改变为Δl,Es为钢筋的弹性模量,则由
σl1=αΔtEs=2Δt。
1.2 减少σl1损失的方法
1)采用两次升温养护。先在常温下养护,当混凝土达到一定强度时再升高温度。此时可认为钢筋与混凝土已经结合而不会引起应力损失。2)采用钢质台座。因钢质台座与钢筋的温度改变量相同(即Δt=0),故可以不考虑应力损失。
2 预应力构件锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl2
2.1 产生原因
在张拉时,锚具和垫板之间的空隙减小或锚具滑移会使预应力钢筋产生内缩。设内缩值为α,应力损失σl2(N/mm2),按下式计算:
其中,α为钢筋内缩值,mm;l为张拉端与锚固端的距离,mm;Es为预应力钢筋的弹性模量,N/mm2。
2.2 减少σl2损失的方法
1)从公式中可以看出,σl2与l成反比,故可以通过增加台座长度来减少σl2损失;
2)选择变形较小的锚具,尽量减少垫板用量。
3 预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失σl3
3.1 产生原因
在高应力作用下,钢筋有如下特性:在长度保持不变的情况下,钢筋的应力会随时间逐渐降低,称之为钢筋的应力松弛;在应力保持不变的情况下,钢筋的应变会逐渐增加,称之为钢筋的徐变。由于这两种特性产生了钢筋预应力损失σl3。
3.2 减少σl3损失的方法
采用超张拉法,对钢筋施加短时间的高应力,这样会使钢筋短时间内产生在低应力长时间作用下的松弛值。具体步骤是:第一次施加1.05σcon～1.1σcon的荷载(σcon为控制应力)大约2 min～5 min,然后卸荷再次张拉至σcon。
4 由于预应力钢筋与孔道之间的摩擦而产生的预应力损失σl4
4.1 产生原因
σl4主要产生于后张法施工过程中。预应力钢筋的表面形状,孔道在加工过程中产生的偏心距,钢筋焊接接头质量等因素都会使钢筋在张拉过程中与孔道壁产生摩擦阻力,从而使预应力损失,而且这种损失在离张拉端越远的截面越大(公式中可以得出)。摩擦阻力分为以下两种,分别计算后相加:
1)孔道的偏差产生的摩擦阻力(见图1)。
dF1=kσApdx。
2)由预应力钢筋对孔道内壁的法向压力产生(见图2)。
dF2=μpdx。
根据两个方向的合力列方程得:
另:
且当 原式得:
两边积分得:
则得:
其中,x为从张拉端到计算截面的孔道长度,mm;θ为张拉端预应力钢筋切线与计算截面预应力钢筋切线的夹角,rad;k为孔道每米长度偏差的摩擦系数;μ为预应力钢筋与孔道的摩擦系数;σcon为张拉控制应力。
4.2减少σl4损失的措施
1)可采取两端张拉的方法,这样可以大大降低因摩擦产生的应力损失,但与此同时,由于两端都加设锚具,σl2也会增加。所以究竟采用一端张拉还是两端张拉,应视构件长度而定,长度越大,两端张拉越能有效地减少σl4。
2)采用超张拉。张拉顺序为:
参考文献
[1]苏国华.钢筋混凝土构件的裂缝与变形分析[J].山西建筑,2008,34(19):58-59.
应力产生 篇2
摘要：通过对高速铁路高性能混凝土简支箱梁现场预制施工过程中产生的各种裂纹调查，对其成因进行归类分析，对预防和处理裂纹的方法进行总结探讨。关键词：高速铁路 预制箱梁 原因分析
混凝土制品的裂纹是很难避免的，它会影响混凝土的强度、耐久性甚至使用功能。设计时速350公里客运专线铁路无碴轨道简支箱梁，使用寿命为100年，对于混凝土的裂纹有更高的要求，我们在从事箱梁预制生产过程中如何减少和消除预应力混凝土梁的各种裂纹，成为了箱梁制梁场技术人员研究攻关的主要课题。
一、裂纹的分类及原因分析
根据裂纹的成因分类，可分为外因裂纹（主要是机械力导致的裂纹）和内因裂纹（裂纹内部各种因素导致的裂纹）。外因裂纹较多见，其因果关系简单明确；内因裂纹较为复杂，一条裂纹的产生往往是多种因素作用的结果。
1、外因引起的裂纹
1.1拆模过程产生的裂纹。拆模引起的裂纹是最常见的外因裂纹，主要包括拆除端、侧模模裂纹。混凝土强度没达到设计拆模强度就进行拆模易产生掉角、撕裂；箱梁在初张拉后经过提梁机吊出模型时，若提梁机司机操作不当，起升速度不同步，侧模及侧模角模处向上顶撞箱梁翼缘板，侧模及底模连接处向外顶撞箱梁下翼缘，极易使箱梁造成出现纵向裂纹。设计模型时将侧模上角模设计向外倾斜1-2mm，角模与侧模连接处凹角做成圆弧，既有利于脱模也可避免此类裂纹，设计侧模与地模连接处凹角做成圆弧，同时吊梁出侧模时保证起升同步。
1.2预应力施工过程中的裂纹。梁体预初张以后梁体会发生压缩并起拱，造成端部集中受力，在梁体端部为35 mm 保护层，应力集中在此处并且梁体压缩位移，从而导致混凝土在保护层与钢筋结合处开裂；另外箱梁底板预应力成孔橡胶管在混凝土浇筑过程中由于固定不牢固上浮，造成孔道上拱，张拉时钢绞线在底板产生压力造成底板纵向裂纹。
1.3养护施工过程中的裂纹。夏季气温最高时期，用从地下水对梁面洒水养护，造成梁体表面细微裂纹。保湿养护用水温度应与梁体表面温度差小于设计要求。
1.4存梁、移梁、运梁过程中引起裂纹。移梁或存放不当造成存梁时箱梁支点四点位于同一平面，误差不超过设计要求，否则导致支座板处多处纵向裂纹。吊梁和存梁时，梁端悬出长度超过允许值，可造成梁中部桥面板横向裂纹，这类情况非常罕见。
1.5静载试验引起裂纹。某些施工水平差的现场预制箱梁单位生产的桥梁，由于箱梁预应力施工工艺不准问题造成预应力钢绞线实际预施应力未达到设计要求，在静载试验加载等级K≦1.2时，箱梁梁体下缘底面发现受力裂纹或下翼缘侧面受力裂纹延伸至梁底边，判定箱梁静载试验不合格。静载引起裂纹一般出现在跨中8米附近，由下翼缘的侧面（包括倒角和圆弧过渡段）逐渐延伸至梁底。通桥（2008）2322A-Ⅱ设计的简支箱梁，由于设计安全系数储备大；较少出现静载裂纹；此类裂纹在静载试验完成卸载后完全闭合。
2、内因引起的裂纹
2.1收缩裂纹。此类裂纹典型的情况有顶板上表面的平行线状细裂纹，封端混凝土养护不及时产生的龟裂。混凝土收缩裂纹发生在混凝土凝固过程期间，此期间，混凝土由于表面蒸发和水化反应不断失水，总体积减小。而此过程是由表面逐步扩展到内部的，在混凝土内呈现含水梯度，因此产生表面收缩与内部收缩的不均匀收缩，致使表面上承受拉力，内部混凝土承受压力，当混凝土表面产生的拉应力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。减少其裂缝宽度和条数的方法是在混凝土强度较低时对出现的可塑裂纹二次抹光压面，消除初始收缩应力，然后按规定要求保湿养护保证混凝土强度增长。对混凝土完成浇筑后贴一层塑料薄膜并做好保温有效消除此类裂纹。
2.2温度裂纹。温度裂纹常表现为箱梁腹板上部和翼缘板裂纹，箱梁翼缘板裂纹一般为腹板裂纹的延伸。如果拆模前停止蒸养的时间太短使拆模时梁温过高，环境湿度又小；环境温度很低或很高（严冬或盛夏）、梁体洒水方法不当；箱梁顶板、侧面受太阳暴晒后或突遭冷空气侵袭可导致结构外表面温度突然下降；拆模后早期张拉前停放时间过长未及时施加适当的预应力等往往都会产生温度裂纹。预防的方法：一是保证拆模前停汽时间；二是在强光照或者大风天气做好改好养护棚并用保温篷布对箱梁进行遮盖；三是注意正确的洒水养生，但如发现梁温过高不要马上洒水，更不能先洒腹板部位；四是拆模后及时施加适当预应力，包括刚发现裂纹时。若在梁端部添加钢筋网，也可有效阻止梁端部裂纹。
2.3 构造裂纹：箱梁生产过程中，由于设计缺陷导致的梁体裂纹主要有底板端部倒角裂纹和吊点孔倒角裂纹。当箱梁底板端部倒角筋设置数量、位置不满足要求时，箱梁底板端部倒角容易产生沿下倒角的纵向裂纹，有时裂纹会发展到梁端部；另外箱梁底板区域内预应力与箱梁腹板区域内预应力存在较大差值时，梁体终张拉完成后，箱梁的底板压缩量与腹板压缩量存在较大差值，在箱梁底板端部倒角位置产生一个剪切变形，也可导致底板端部倒角裂纹。另当箱梁吊装孔倒角受力钢筋设置数量偏少、位置不正确时，梁体在吊运过程中易出现沿吊装孔倒角的纵向裂纹。以上两种裂纹预防主要靠增加构造筋来预防。
二、裂纹的修补方法
检查混凝土结构裂纹情况，进行跟踪观测并做好记录，确定裂纹的类型、宽度、深度，并对宽度大于等于0.1mm的裂缝进行宽度、长度统计和编号，绘制裂缝分布图。组织技术人员确定修补方案，一般情况下细微裂缝可以采用涂膜封闭法修补；大于0． 2mm 的裂纹应将裂纹凿开，进行开槽处理，宜采用开槽填补法修补（开槽处应对混凝土结构无损伤）；另外对宽度较小的裂纹可以采用低压注浆法修补。所用材料和配合比由试验室试验确定。
预制箱梁裂纹修补方法参照以下施工流程实施：裂缝检查→裂缝表面清理→封缝胶配制→粘贴注浆嘴→裂缝封闭→注浆胶配制→注浆（同时进行密封检查）→拆除注浆嘴→表面清理。
三、结语
本文简单的对现场预制时速350公里客运专线铁路无碴轨道简支箱梁的各种裂纹从施工角度进行了归类，分析裂纹产生的原因，分享预防裂纹的方法，最后简单介绍了裂纹处理的方法。
参考文献：
焊接应力、焊接变形的产生和控制 篇3
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
浅谈焊接变形和应力的产生及预防 篇4
焊接技术自1882年出现到如今已广泛应用在国民经济的各种领域, 对焊接技术的研究也是日新月异。其中很重要的一项就是如何防止和减少焊件的变形和焊接应力。
1 产生变形和裂纹的原因
热胀冷缩是自然规律。金属在受热后就要膨胀, 冷却时体积缩小, 不同金属或合金都有不同的线膨胀系数和收缩率。焊件在焊接加热时的膨胀和焊后冷却的收缩大小, 取决于不同金属的线膨胀系数和温度的高低, 以及不同金属的收缩率。它是影响焊件变形的裂纹的一个因素, 但主要的是在焊接过程中焊件温度分布的不均匀而产生的内应力形成变形和破裂。尤其是在焊接过程中, 焊件部位形成熔池的焊缝金属和过热区与焊件其它部位温度相差悬殊。在焊接加热时, 高温金属的膨胀, 受到周围低温金属的压缩应力的作用, 而在冷却的过程中高温金属收缩受到低温金属的牵制, 又产生了拉应力致使塑形金属焊件变形, 脆性金属焊件破裂的主要原因。
2 焊接应力与变形的关系
在焊1-接1过程中, 焊件受到电弧不均匀的加热, 受热区域的金属膨胀程度也不同, 此时产生的内应力及变形是暂时的, 而焊接完毕待焊件冷却后, 剩余的内应力及变形就称为残余应力与变形, 简称焊件应力与变形。
1) 焊接应力根据空间位置和相互关系可分3种:2-2
(1) 单向应力 (如图1-1) 。焊接薄板的对接焊缝及在焊件表面上堆焊时, 焊件存在的应力是单方向的。
(2) 双向应力。在焊接较厚板时, 焊件存在的应力虽不同向, 但均在一个平面内, 即是双向的。
(3) 三向应力:当焊接厚大焊件或在三个方面焊缝的交叉处, 三向应力都存在。单向应力对焊件的强度影响较小, 而焊缝中存在的双向应力和三向应力对焊件的强度及冲击值都有很大的影响。
2) 焊接变形。焊接变形的种类很多, 根据焊接变形对结构的影响可分为整体变形和局部变形。整体变形包括纵向缩短、横向缩短、弯曲变形及扭曲变形。局部变形包括角度变形、波浪变形。
在焊接结构中, 焊接应力和变形往往是同时存在的, 又是相互制约的, 要求的焊接结构既不存较大的残余变形, 又不允许有大的焊接应力的存在。
3 防止和减少焊接结构变形
3.1 选择合理的装焊顺序和焊接顺序
装焊顺序和焊接顺序对焊接结构变形的影响以工字钢焊接为例, 如图 (4-4)
图 (4-4) 是所示工字梁结构简图。如果按图 (4-4d) 所示边装边焊的方法, 由于焊T字接头时焊缝1、2都处在X-X的下侧, 就会造成整个结构长度方向发生上拱, 当再装上1块上盖板后, 在焊接3、4缝时的整个工字梁的钢性增大, 所以变形仍由1、2焊缝引起上拱。如果按图4-4c所示总装后焊接的方法, 由于焊缝1、2和3、4在焊接的刚性基本上相互抵消, 最后工字梁将保持平直的状态。
3.2 反变形法
对于厚度较小的板件, 焊接时通常采用反变形法。反变形法就是在焊前先将工件与焊接变形相反的方向进行人为的变形。如图 (5-5) 以厚度8~12mm的钢板V形坡口单面对接焊为例
可以看出, 图 (5-5a) 图中没有用反变形法的两块钢板焊接口两接钢板形成角度为a的变形。而如图b所示将其变形的变形角提前反向预留, 则在焊后达到两块钢板平整的效果。
此种方法对角度a的预留量要根据板厚的尺寸相应制定。
3.3 刚性固定法
刚性固定法又称抑制法。这种方法就是根据焊件的结构、变形部位及方向用夹具等强制固定的方法来防止焊件的变形。这种方法对于焊接2mm以下厚度的薄板长焊缝非常有效。但注意的是, 刚性固定法虽然能显著减少变形, 但却阻碍焊件的自由收缩, 焊后将在结构中出现较大的焊接应力。所以对易淬火变得硬脆的中碳钢及铸铁焊件不易采用。
4 减少焊接应力的方法
焊接应力往往使焊件的许用应力降低, 疲劳程度下降, 故防止或减小焊接应力在焊接工艺中极为重要。上面提到的合理选择装焊和焊接顺序虽能减少一部分焊接应力, 但对于一些焊件我们还得采用其他的方法来尽量消除其焊接应力。在这里我着重讨论预热法和加热“减应区”法。
1) 预热法。这种方法是对焊件整体进行加热, 一般加热到150~350℃, 其目的是减少焊接区和结构总体尽可能的均匀冷却, 从而减少内应力。这种方法对小型的脆性易裂的材料尤为适用。但预热温度值应视金属材料、结构刚性、散热情况的不同而异。
2) 加热“减应区”法。这种方法是选择结构的适当部位以高温加热使之伸长, 加热这些部位以后在焊接或补焊原来刚性很大的焊缝时, 焊接应力可大大减少。这个加热的部位叫做:减应区“。这种方法与整体加热相比较加热成本大大降低, 而且减少应力的效果也极为显著。如图 (6-6) 以焊接起重机大齿轮的轮辐板为例:厚度较薄的两块轮辐板, 要与厚度轮大的轮缘和轮毂焊成一体, 且轮缘为合金铸钢, 四条环缝焊完时会造成两块轮辐板温度显著上升, 而轮缘和轮毂焊后温度不高。整个结构在焊接过程中, 特别是焊后冷却过程中, 靠轮毂环缝中产生的是压应力, 而靠轮缘环缝中产生巨大的拉应力, 若不采取措施就会在受拉区产生严重的裂纹。
根据以上分析, 我们采用加热“减应区”法, 对轮缘进行加热, 轮缘受热后周长增大, 相应的直径亦增大, 环焊缝隙加大, 焊后就可以使环焊缝的焊接拉应力大大减小, 甚至可能变为压应力。这对避免焊缝区的裂纹很有利。
这种方法在实践操作中, 对减应区部分及加热温度的控制要准确。
对于消除焊接应力的方法还有很多, 如预留焊缝法、锤击法等, 只要结合实际选择合适的方法, 就能有效的减少焊接应力的产生。
预应力空心楼板裂缝的产生及防治 篇5
1 预应力空心板楼面沿板缝开裂。
1.1造成预应力空心板楼面沿板缝开裂的原因有哪些?造成预应力空心板楼面沿板缝开裂的原因主要有以下几个方面:1.1.1板端支座处砂浆不饱满, 甚至用碎砖、卵石塞垫, 在荷载作用下, 预支承处不均匀、错位, 造成沿板缝开裂。1.1.2预应力空心板的生产质量不符合标准。当前, 预应力构件生产厂家较多, 管理水平、设备配置和质量管理体系水平均有较大差异, 从预应力张拉、混凝土配制、浇灌、养护到断筋松张, 不能每个工序都严格按照操作规程施工, 因而其产品质量波动较大。有的预应力空心板超张, 松张后预应力板明显成上拱;而有的预应力板张拉不足, 在松张后则上拱不多或不上拱, 或混凝土未达到强度等级, 就提前断筋松张等, 因而其刚度不一, 安装就位受荷后其变形也不一致, 造成沿板缝开裂。1.1.3混凝土收缩引起裂缝。混凝土在凝固过程中会产生细微裂缝。有的施工单位不按施工程序施工, 在预应力板安装后立即浇灌板缝, 并且违反操作规程, 采取一次将板缝灌满, 造成板缝新浇混凝土收缩, 加上施工过程带来的施工荷载, 从而造成沿板缝开裂。1.1.4预应力空心板几何尺寸不符合规范, 使板间的安装缝隙过小。按设计要求, 在板与板之间有下口宽1厘米, 上口宽2厘米的二次浇灌的缝隙。但因预应力空心板几何尺寸偏差, 使板缝小于设计要求, 影响嵌缝混凝土浇灌质量, 造成裂缝。一般常见的因预应力空心板几何尺寸偏差值超过规范, 影响板缝开裂的质量通病有以下几个方面:一是板宽超过3毫米允许偏差的规定, 特别是板中段的“胀肚”现象, 使板宽超过更多;二是侧向弯曲超过L/1000 (L为预应力空心板板长) 且不大于20毫米的规定, 也是影响板缝宽度小于设计要求的因素;三是对角线差超过10毫米的规定, 也影响板缝宽度小于设计要求;四是预应力空心板板底的“浆边” (或称灰耳朵) 出厂时没有清除干净, 也会造成预应力板宽度超宽。由于预应力空心板的超宽使板缝小于设计要求, 甚至没有缝隙 (个别严重的甚至不得不把板的侧边砌入砖墙内) 。由于板缝小于设计规定, 二次浇灌的混凝土太薄, 或混凝土浇灌难以振捣密度, 或只在板缝上口有砂浆覆盖, 造成板缝灌满的假象, 这都是造成预应力空心板板缝开裂的原因。1.1.5施工程序不当引起裂缝。只单纯考虑进度要求, 有的施工项目常有嵌完板缝, 其混凝土还未达到规范要求的强度时, 就进行下道工序施工, 开始吊砖, 堆放施工架具等, 使预应力空心板受荷产生挠度, 而板缝混凝土强度尚未达到设计强度, 无法共同下挠变形, 造成板缝开裂。1.1.6浇灌预应力空心板板缝时, 混凝土强度达不到设计等级要求。有的施工单位错误的认为板缝浇混凝土只是补补缝子, 不了解板缝混凝土强度对提高楼面整体受力的重要作用, 不是按设计要求的混凝土强度等级配制混凝土, 而是用筛砂筛余的“砂头子”, 适量加一些水泥, 用人工拌合成混凝土来嵌缝, 其强度等级必然达不到设计要求, 影响新浇混凝土与板面粘接不牢, 造成裂缝。1.1.7在板缝中暗埋电线管引起裂缝。在狭窄的板缝间暗铺电线管, 而又不将板缝适当加宽, 这样会造成嵌缝时电线管下无法浇入混凝土, 同时也无法振捣密实, 难以保证板缝浇灌质量, 造成裂缝。有的还需要在板缝中暗埋接线盒, 往往因板缝宽度不够, 有的施工单位甚至将两侧预应力空心板的侧边打伤, 对预应力空心板的承受带来更为不利的影响。1.1.8不按操作规程施工, 嵌缝质量低劣引起裂缝。这是造成板缝开裂的重要原因。主要表现在以下几个方面:a.板缝中碎砖头、砂浆、废木屑等建筑垃圾没有清理干净。b.板缝下口不是用吊模的办法来封闭, 而是用水泥口袋纸或用碎砖、小卵石、小木条填塞, 这样做的后果, 一是减少了板缝的高度, 二是容易造成漏浆等质量问题。c.浇灌混凝土前没有用水浸透板缝, 并刷纯水泥浆, 使混凝土浇灌后, 水分被预应力空心板吸走, 既降低了混凝土强度等级, 又使新、旧混凝土间的粘着力降低, 造成两板间板缝裂缝。d.板缝混凝土没有分层浇灌, 而是一次浇灌完成, 使板缝收缩值增大。e.混凝土没有严格按照设计强度等级配制, 或施工时没有严格计量, 或为了便于振捣任意增大用水量, 或振捣不实等, 使嵌缝混凝土强度达不到设计要求。f.板缝混凝土浇灌后, 没有同其它混凝土那样进行认真的养护。造成混凝土失水, 强度降低, 造成板缝开裂。1.2预应力空心板沿板缝开裂, 应采取哪此有效措施来防治?针对预应力空心板沿板缝开裂的多种原因, 采取以下针对性措施:1.2.1严格把好预应力空心板入场质量检验关。凡是无产品合格证及质保资料不全, 或质量达不到质量验收规范及设计要求的构件严禁使用。验收合格的构件要按规定分批抽样作结构性能试验, 不合格的产品不得使用。1.2.2预应力空心板安装前, 应对支座处进行抄平、找平。安装时要座底灰安装牢固。严禁在支座处塞填碎或卵石。1.2.3安装前, 施工人员要按进场构件的实际尺寸, 按照需要的缝隙尺寸作一个构件布置图, 可以在征得设计单位同意后, 按照房间的进深尺寸, 适当减窄1-2块板的宽度, 或减少一块板, 以保证板缝的宽度。1.2.4关于电线管预埋, 在征得设计单位同意后可采取以下措施。不在房间中设置接线盒的电线暗埋管, 可以埋入预应力空心板的园孔中穿越房间;对于要在房间中设置接线盒的暗线管, 则应留下不小于120毫米的板带, 增加布置两根φ10的钢筋, 用浇灌板缝同强度等级的混凝土浇灌。1.2.5混凝土配合比要符合规定, 施工时要严格计量, 并控制水灰比, 混凝土坍落度应控制在30-50mm以内。1.2.6合理安排施工程序。预应力空心板安装完毕, 检查验收后, 只对支座处的板缝进行浇灌。待上层盖板完工后, 再对下一层的板缝进行嵌缝施工。1.2.7进行板缝嵌缝施工时, 要严格按照以下操作程序进行。清理碎砖等建筑垃圾→板缝支模→浇水润湿板缝→在预应力空心板的两侧刷纯水泥浆→第一次浇灌细石混凝土到板的1/2高度→达到C10后进行第二次嵌缝, 细石混凝土浇平楼面→浇水养护。浇灌混凝土时要用φ30的插入式振动棒进行振捣, 以保证混凝土密实。1.2.8在板缝混凝土达到龄期强度后, 才能加荷进行下一步施工。
2 预应力空心板楼 (屋) 面沿支承处端部板缝开裂。
2.1为什么有的预应力空心板楼 (屋) 面会沿支承处端部板缝开裂?这是预应力空心板在无分隔墙楼 (屋) 面、外挑走廊上出现较多的质量通病。其原因主要有以下四个方面:2.1.1由于预力空心板张拉强度不足;或混凝土不达设计强度;或提前松张致使预应力板的刚度降低, 受荷后下挠变形超过设计要求, 相应两端支座处上翘变形, 造成支承处沿端部拉裂;2.1.2预应力空心板是按简支板进行计算并配筋的。在使用加荷时, 预应力板会产生一定的下挠变形, 在板的调置处将向上翘变形, 由于预应力空心板在支承处上部没有配置负弯矩筋, 因而支承处沿板端出现裂缝;2.1.3在预应力空心板安装时, 支座处未找平坐灰、或坐灰不实、或用碎砖、卵石塞垫;2.1.4对于面积较大且较长的楼面或屋面, 由于板端浇灌密实, 没有伸缩余地, 常因温度变化, 造成混凝土膨胀收缩, 易在部分板端产生裂缝。2.2如何防治预应力楼 (屋) 面支承处板缝开裂?主要采取以下措施:2.2.1严格加强预应力空心板入场验收、检验的管理制度。没有产品合格证和质保资料的产品, 严禁用于工程。2.2.2认真做好支座找平工作, 安装时要坐浆饱满, 搁置平稳。板端细石混凝土要浇灌密实。2.2.3对楼面裂缝无严格要求的房间, 可在做楼面找平层或面层时, 在支座搁置处设玻璃分格条, 使板端裂缝有规则地沿分格缝出现。2.2.4在支座处设置能承受负弯矩的φ6.5或φb5冷轧带肋钢筋网片 (@200宽约1000mm) 其位置在离面层15毫米处。2.2.5对于面积较大的楼 (屋) 面, 为防止温度缩膨胀而裂缝, 可在一定长度的板端, 采用柔性材料灌缝。
结论:综合以上所叙述, 在工程施工中, 对预应力空心板裂缝的产生原因的不同, 相应的采取不同措施进行处理和防治, 对施质量会有较大改善。
摘要：综合介绍了预应力空心板经常出现的裂缝, 并对各种裂缝情况详细阐述其产生的原因以及防止各种裂缝产生的措施。
关键词：预应力空心板,裂缝,砂浆,混凝土
参考文献
[1]冯东生, 姜凤良, 周云麟等.预应力混凝土空心板裂缝的原因、分析对策[J].2001.
[2]预应力混凝土空心板的裂缝防治[J].铁道建筑学报, 1999 (6) .
预应力砼结构裂缝的产生与防治 篇6
有效控制混凝土结构有害裂缝的出现, 需从设计、选材、施工工艺、成品保护等方面考虑, 采用综合抗裂技术。
1.1 砼裂缝的种类
砼裂缝的种类主要有:混凝土自身特点形成裂缝、干缩裂缝、沉陷收缩裂缝、塑性收缩裂缝、安定性裂缝、化学反应引起裂缝。
1.2 原因分析
(1) 混凝土自身特点形成裂缝:混凝土是粗集料、细集料、水泥石、水和气体所组成的非均质堆聚结构, 混凝土在凝结硬化时, 会产生体积变形, 即为混凝土自身收缩;当温度、湿度变化时, 混凝土中水泥石的干燥和冷却收缩大, 而集料的干燥和冷却收缩小, 也会产生内部应力导致变形和裂缝。这些就是由于混凝土自身特性所产生的变形和裂缝。
(2) 干缩裂缝:现浇混凝土表面, 在混凝土终凝后, 由于无恰当养护措施, 混凝土受外部条件影响, 表面水分损失过快, 变形大, 内部湿度变化较小变形较小, 较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束, 产生较大拉应力而产生裂缝。
(3) 塑性收缩裂缝:预应力砼构件尺寸较大, 收缩量大, 在水泥活性大、混凝土温度较高, 或在水灰比较低的条件下会加剧引起塑性收缩开裂。
(4) 安定性裂缝:安定性裂缝表现为混凝土结构龟裂, 主要是原材料原因即水泥安定性不合格而引起的。
(5) 化学反应引起裂缝:由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄, 空气中的各种有害物质进入混凝土后发生化学反应, 使钢筋产生锈蚀, 锈蚀的钢筋在混凝土内部不断的积累后, 体积膨胀, 导致结构胀裂。
(6) 结构性裂缝:脚手架支撑沉降、支撑拆除过早、模板的强度不够。
(7) 拉剪裂缝:拉应力过大, 锚具设计不合理, 预应力钢筋设计不合理。
2 控制措施
2.1 砼裂缝的防治措施
(1) 根据混凝土施工标高变化、考虑施工坍落度、气温、天气等因素进行大量的混凝土试配, 确保施工混凝土不泌水、不离析, 在保证前述混凝土施工工艺措施的情况下可以有效避免结构塑性收缩裂缝产生。
(2) 对于预应力混凝土的这些裂缝, 在保证混凝土原材料质量的情况下可以有效预防。控制混凝土原材料质量, 严格按照国家规范及地方规定要求对混凝土原材料进行抽样检验, 使用的混凝土原材料必须抽检合格, 有出厂合格证及复检报告。原材料各种性能及指标必须满足工程的特殊要求。
(3) 工程大体积预应力砼施工中要分层浇筑, 砼初凝前二次振捣, 在混凝土表层刮平抹压1~2小时后, 混凝土终凝前对混凝土表面进行二次抹压, 增加混凝土内部的密实度。采取措施保证混凝土表面湿润, 确保混凝土不出现表面干缩裂缝。
(4) 施工方面:混凝土的配合比设计, 严格控制每立方混凝土水泥用量, 适当掺粉煤灰、外加剂, 粗骨料级配连续合理到最佳状态, 以减少水泥浆量。控制混凝土入模温度和浇筑时间, 也很关键。
(5) 掺用减水剂、缓凝剂、微膨胀剂、纤维素等, 降低混凝土水化热, 同时应控制混凝土单位用水量。
(6) 预应力张拉前不能拆除底模, 模板支撑系统需要经过计算并编制专项施工方案, 支撑拆除应该对称有序的进行。模板的支撑需要经过监理验收方可浇筑砼。
(7) 预应力砼结构设计合理的同时考虑施工的便利及安全性避免产生裂缝。
(8) 支撑体系的模板材料应符合模板方案要求, 具有足够的强度、刚度、稳定性。
2.2 砼裂缝的补救措施
(1) 对结构安全影响不大的裂缝处理:采用表面修补法, 使用砂浆、喷浆等表面密封处理措施。
(2) 影响结构耐久性:采用压力注浆法, 可采用将修补材料注入砼内部的修补方法, 首先裂缝处设置注入用管, 其他部位用表面处理法封住, 使用低粘度环氧树脂注入材料, 用电动泵或手动泵注入修补。
(3) 对结构安全有较大影响的:黏贴钢板、碳纤维加固、增加预应力梁截面尺寸浇筑等。
3 结语
应力产生 篇7
关键词：汽包,热应力,控制
1 汽包应力分析
汽包主要有压力引起的机械应力和温度变化引起的热应力。压力产生的机械应力有切向、轴向和径向应力三种, 计算公式如下:
式中p——汽包内压力, MPa;
r、rn、rw——汽包平均、内、外半径, m。
由 (1) 、 (2) 、 (3) 式可知, 机械应力与其工作压力成正比, 因此在设计中通过强度计算来确定汽包的壁厚、直径和选材等, 运行中只要控制不超压运行, 机械应力的最大值是稳定的。
2 汽包热应力的产生
锅炉在启动和停炉过程中, 汽包壁内的温度场和传热条件不断变化。当温度变化时, 汽包筒体存在着3种温差:内外壁温差 (沿壁厚方向存在温度梯度) 、上下壁温差 (圆周方向的温度不均匀) 、纵向温差 (长度方向的温度不均匀) 。因汽包可自由膨胀, 故略去纵向温差的影响。
2.1 上下壁温差的产生
升压过程。在升压过程中, 汽包内壁温度表现为上部温度高下部温度低。原因分析如下:
a) 汽包下部为水空间, 上部为汽空间。在锅炉启动过程中, 汽侧介质的温度为饱和温度, 而水侧介质的温度则低于饱和温度。而且在升温过程中, 汽包壁金属温度低于介质温度, 形成介质对汽包壁加热。汽包下部为汽水混合物对汽包壁对流放热, 因为凝结放热系数比对流传热的放热系数要大3～4倍, 所以汽包上半部温升比下半部温升快, 形成上下壁温差。
b) 锅炉启动初期, 水循环微弱, 汽包内水流缓慢, 在炉膛受热较弱的局部甚至出现循环停滞区, 使水温明显偏低, 而蒸汽在汽包内的蒸汽空间传热相对较均匀, 使汽包上下壁温差进一步增大。
c) 在升压过程中, 汽包上部饱和蒸汽温度与压力是单一关系, 压力上升时, 温度跟着上升。蒸汽空间的蒸汽只能过热不会欠焓。下部水温的上升需要靠介质流动传热, 水温上升缓慢。升压速度越快, 汽包上下部介质温差越大。
停炉降压冷却过程。在停炉降压冷却过程中, 也有很多因素使汽包上部壁温高、下部壁温低。
a) 在停炉过程中, 水侧介质温度接近于饱和温度, 而汽侧介质过热而使温度高于饱和温度。而且汽包壁厚较大, 加上表面有良好的保温层, 汽包具有较大的蓄热能力。由于汽包向周围介质散热很少, 所以停炉过程中汽包的冷却主要依靠水循环。当汽包内介质的压力及相应的饱和温度逐渐降低时, 汽包金属对工质放热, 由于上部金属对蒸汽的放热系数小于下部金属对水的放热系数, 从而使上部温度高于下部温度。降压速度越快, 汽包下部温度下降越快, 而上部壁温相对下降较慢, 造成上下壁温差大。
b) 在停炉过程中没控制好汽包水位, 频繁地向汽包补入温度较低的水, 使上下壁温差进一步增大。
c) 在“四管”爆漏的事故处理中, 由于降压速度快, 同时又不断地大量补水维持汽包水位, 造成上下壁温差严重超标。
2.2 上下壁温差产生的热应力
汽包热应力计算表明, 汽包上下壁温差引起的热应力主要是轴向应力, 切向和径向应力与之相比约低一个数量级, 故可忽略不计。汽包上部壁温高, 金属膨胀量大;下部壁温低, 金属膨胀量相对较小。这样就造成上部金属膨胀受到限制, 上部产生压缩应力, 下部产生拉伸应力。热应力与温差成正比, 汽包上下壁温差越大, 产生的热应力越大。
2.3 内外壁温差产生的热应力
汽包内外壁温差的形成主要是在升温过程, 介质不断地对汽包内壁加热, 内壁温升快, 外壁温升慢, 造成内外壁存在温差, 使内壁产生压缩应力, 外壁产生拉伸应力。应力计算指出, 内外壁温差产生的热应力主要是轴向和切向热应力, 而且轴向与切向热应力大小相当, 控制汽包内外壁热应力的关键是控制升温速度。
3 汽包热应力的控制措施
汽包热应力的控制实质上就是对汽包上下壁、内壁温差进行控制。
在启、停炉过程中, 严格控制升温或降温速度, 一般规定升温 (降温) 速度ω值不得超过 (1.5-2.0) ℃/min, 或100℃/h。由于水和蒸汽在饱和状态下温度和压力之间存在一定的对应关系, 所以锅炉启动的升压过程也就是升温过程, 通常锅炉在启动时以升压速度来控制其温升速度的大小。但在锅炉启动初期应采用更小的升压速度, 因为升压初期汽水饱和温度随压力的变化较大 (见表1) , 此期间更容易产生较大的壁温差。
图1所示为某台HG-220/100-YM10型锅炉在母管制系统中的冷态启动曲线。从曲线上可以看出:在升压的初始阶段, 升压速度很低, 在100min内汽压升高仅为0.25MPa。随后锅炉的升压速度逐步有所提高。从图上还可以看出, 该锅炉从点火开始直至并汽, 总共需要约4.25h。
在升压或降压过程中, 若发现汽包上下壁温差超过规定值 (50℃) , 应减慢升 (降) 压速度。控制升压速度的主要手段是控制燃料耗量, 此外还可以加大旁路阀门的开度进行升压速度控制。启炉时, 加强水冷壁下联箱的放水, 通过适当放水, 用热水替换受热较少的水冷壁及不受热的联箱等部件内的冷水, 促使各部位温升均匀, 有利于建立正常的水循环, 减小汽包壁温差。维持炉膛燃烧稳定, 热负荷均匀, 并且有一定水平。采用对称投油枪定期切换, 或采用多油枪少油量等方法使炉膛热负荷均匀, 确保水循环正常。尽量维持较高的给水温度。因为温度低的给水进入汽包, 会使下壁温度低, 造成上下壁温差大。向汽包补给水时须严密关闭省煤器再循环门, 否则, 水短路进入汽包造成上下壁温差增大。在有条件的情况下, 尽量采用蒸汽加热水冷壁下联箱方法, 能加快建立正常水循环。HG-220/100-YM10型锅炉水冷壁下联箱装有加热蒸汽引入管, 借助临机抽汽加热锅水, 将锅水加热到100℃左右再进行锅炉点火。这样, 在锅炉点火以后, 水冷壁可以立即开始产汽, 大大加快了水循环的建立和稳定。停炉后要避免大量排汽造成降压速度太快, 应使汽包缓慢均匀冷却, 同时尽量保持汽包高水位。降压后期及停炉后要特别注意控制好汽包水位, 尽量避免大量放水、补水使汽包下壁急剧冷却, 汽包上下壁温差增大。
在处理“四管”爆漏事故中, 尽可能稳定地控制补水量。水冷壁、省煤器爆漏, 水位难维持时宜尽快停炉, 停炉后可不再向汽包进水。同时停炉后要避免长时间开启烟道挡板造成炉内急剧冷却。
提高设备的检修质量, 确保阀门严密。给水门不严密, 启、停炉过程中不补水时, 给水可能直接经省煤器进入汽包;省煤器再循环门不严密, 给水会直接漏入汽包, 使汽包壁局部温度下降;定期排污门不严密, 会破坏水循环, 同时停炉中漏流, 需要补充更多的给水, 造成上下壁温差增大;对空排汽门、事故放水门的严密性差也会造成不良影响。
应力产生 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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