薄板焊接變形的控制及要點(diǎn)

曉昀

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一、前言

薄板結(jié)構(gòu)件一般指由厚度不大于4毫米的鋼板(包括不銹鋼板、鍍鋅板、白鐵皮)組焊而成的結(jié)構(gòu)件。如我廠生產(chǎn)的壓輪鉆機(jī)機(jī)棚,司機(jī)室,電鏟司機(jī)室均屬此類。控制與矯正薄板結(jié)構(gòu)件的焊接變形需要有高超的技術(shù),是我廠生產(chǎn)的軟肋。下面就我們達(dá)成的共識進(jìn)行探討,限于水平,僅供參考。

二、焊接變形產(chǎn)生的原因

電弧焊是一個(gè)不均勻的快速加熱和冷卻的過程,焊接過程中及焊后,焊接構(gòu)件都將產(chǎn)生變形。影響焊接變形最根本的因素是焊接過程中的熱變形和焊接構(gòu)件的剛性條件。在焊接過程中的熱變形受到了構(gòu)件剛性條件的約束,出現(xiàn)了壓縮塑性變形,這就產(chǎn)生了焊接殘余變形。

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(一) 影響焊接熱變形的因素

1.焊接工藝方法。不同的焊接方法,將產(chǎn)生不同的溫度場,形成的熱變形也不相同。一般來說,自動(dòng)焊比手工焊加熱集中,受熱區(qū)窄,變形較小。CO2氣體保護(hù)焊焊絲細(xì),電流密度大,加熱集中,變形小。

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2.焊接參數(shù)。即焊接電流、電弧電壓和焊接速度。線能量越大,焊接變形越大。焊接變形隨焊接電流和電弧電壓的增大而增大,隨焊接速度增大而減小。在3個(gè)參數(shù)中,電弧電壓的作用明顯,因此低電壓高速大電流密度的自動(dòng)焊變形較小。

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3.焊縫數(shù)量和斷面大小。焊縫數(shù)量越多,斷面尺寸越大,焊接變形越大。

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4.施工方法。連續(xù)焊、斷續(xù)焊的溫度場不同,產(chǎn)生的熱變形也不同。通常連續(xù)焊變形較大,斷續(xù)焊變形最小。

5.材料的熱物理性能。不同的材料,導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和膨脹系數(shù)等均不相同,產(chǎn)生的熱變形也不相同,焊接變形也不相同。

(二) 影響焊接構(gòu)件剛性系數(shù)的因素

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1構(gòu)件的尺寸和形狀。隨著構(gòu)件剛性的增加,焊接變形越小。

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2胎夾具的應(yīng)用。采用胎夾具,增加了構(gòu)件的剛性,從而減少焊接變形。

3裝配焊接程序。裝配焊接程序能引起構(gòu)件在不同裝配階段剛性的變化和重心位置的改變,對控制構(gòu)件的焊接變形有很大的影響。

一般來說,焊接構(gòu)件在拘束小的條件下,焊接變形大,反之,則變形小。

三、薄板結(jié)結(jié)構(gòu)焊接變形的種類

任何鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形,可分為整體變形和局部變形。整體變形就是焊接以后,整個(gè)構(gòu)件的尺寸或形狀發(fā)生的變化,包括縱向和橫向收縮(總尺寸縮短),彎曲變形(中拱、中垂)和扭曲變形等。局部變形是指焊接以后構(gòu)件的局部區(qū)域出現(xiàn)的變形,包括角變形和波浪變形等。

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四、控制薄板結(jié)結(jié)構(gòu)焊接變形的原則與方法

焊接過程中的熱變形和施焊時(shí)焊接構(gòu)件的剛性條件是影響焊接殘余變形的兩個(gè)主要因素。根據(jù)這兩個(gè)主要因素可以認(rèn)為焊接殘余變形是不可避免的,即完全消除焊接變形是不太可能的。控制焊接殘余變形必須從薄板結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)和施工工藝兩個(gè)方面同時(shí)采取措施。

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在薄板結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)上除了要滿足構(gòu)件的強(qiáng)度和使用性能外,還必須滿足構(gòu)件制造中焊接變形最小及耗費(fèi)勞動(dòng)工時(shí)最低的要求。因此優(yōu)化板縫布置尤為重要,設(shè)計(jì)圖紙中的板縫布置往往對工藝性考慮不周 ,容易引起焊接變形。

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焊接工藝是鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要工藝之一。合理的焊接工藝是減少焊接變形,減少應(yīng)力集中的有效方法。

為了控制構(gòu)件焊接變形,應(yīng)盡可能采取有效措施,如:將構(gòu)件分為若干小部件與構(gòu)件分段,使焊接變形分散在各個(gè)部件上,便于構(gòu)件變形的控制與矯正;使各部件焊縫的布置與構(gòu)件分段截面中性軸對稱或接近截面中性軸,避免焊接后產(chǎn)生扭曲和過大的彎曲變形;對每一條主要焊縫,盡可能選擇小的焊腳尺寸和短的焊縫;避免焊縫過分集中和交叉布置;盡可能采用寬而長的鋼板或能減少焊縫數(shù)量的結(jié)構(gòu)形式,等等。

控制薄板結(jié)構(gòu)件焊接變形的工藝方法有:

(一)在無裝配應(yīng)力強(qiáng)制下進(jìn)行構(gòu)件裝配;

(二)采用自動(dòng)焊和其它氣體保護(hù)焊工藝;如最先進(jìn)的

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Ar+CO2混合氣體MAG保護(hù)焊。

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(三)合理選擇焊接規(guī)范參數(shù)和裝配焊接順序。減少焊絲供

給量,降低電流、電壓,改變極性(通常為直流反極性→直流正極性)。先焊短焊縫后焊長焊縫,采取分段退焊,由內(nèi)向外依次進(jìn)行。
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(四)盡可能合理運(yùn)用剛性固定法,反變形法。

五、薄板結(jié)構(gòu)件焊接變形的矯正

鋼結(jié)構(gòu)的建造過程中,盡管在其構(gòu)件設(shè)計(jì)和施工工藝上采取措施來控制焊接變形,但由于焊接過程的特點(diǎn)和施工工藝的復(fù)雜性,產(chǎn)生焊接變形仍是不可避免的,因此,對出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)要求的焊接變形必須進(jìn)行矯正。

矯正工藝只限于矯正焊接構(gòu)件的局部變形,如角變形、彎曲變形、波浪變形等等,對于構(gòu)件結(jié)構(gòu)的整體變形如縱向和橫向收縮(總尺寸縮短)只能通過下料或裝配時(shí)預(yù)放余量來補(bǔ)償。

采用機(jī)械矯正法校正鋼結(jié)構(gòu)容易引起金屬冷作硬化,消耗材料一定數(shù)量的塑性儲備,只能用于塑性良好的材料,實(shí)際生產(chǎn)中,機(jī)械矯正法矯正過程中可能使用專用的大型油壓機(jī)、摩擦壓力機(jī)矯正。

采用火焰矯正法校正鋼結(jié)構(gòu),矯正冷卻后,焊接構(gòu)件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形,使整個(gè)焊接構(gòu)件變形得到矯正。火焰矯正法同樣要消耗材料一部分塑性,對于脆性材料或塑性差的材料要謹(jǐn)慎使用。要適當(dāng)控制火焰加熱的溫度,溫度過高材料機(jī)械性能降低,溫度過低使矯正效率降低。由于冷卻速度對矯正效果不產(chǎn)生任何影響,施工過程中,多采用邊加熱邊噴水冷卻的方法,既提高了工作效率,又提高了矯正效果。

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綜上所述,鋼結(jié)構(gòu)制造過程中,焊接變形是不可避免的,只能采取有效的方法、措施控制焊接變形,并對超出公差要求的焊接變形進(jìn)行矯正,從而既滿足鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求,又滿足經(jīng)濟(jì)性要求。

學(xué)習(xí)進(jìn)步

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