桁架制作的焊接應(yīng)力與焊接變形控制

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1、桁架制作的焊接應(yīng)力與焊接變形控制摘要：通過(guò)分析焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因和了解常用的焊接應(yīng)力和焊接變形的控制措施，結(jié)合天津港南疆南至南疆北工程管廊工程中29m長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)歸納適合桁架制作的焊接應(yīng)力與焊接變形的控制方法。關(guān)鍵詞：?jiǎn)喂?jié)桁架側(cè)片焊接應(yīng)力焊接變形控制方法2010年11月，天津港南疆南至南疆北工程管廊工程中29m長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)桁架制作進(jìn)行到桁架側(cè)片組裝焊接階段，整個(gè)桁架側(cè)片長(zhǎng)29m，寬4.4m，要求起拱高度58mm。桁架側(cè)片梁及立柱為H型鋼，支撐為雙角鋼，連接鋼板厚18mm。為了方便運(yùn)輸，將桁架側(cè)片分成兩段制作，采用高強(qiáng)螺栓連接。由于桁架側(cè)片焊縫

2、較多，且焊腳高度要求不小于18mm，焊后易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，為保證安裝后29m長(zhǎng)桁架達(dá)到起拱要求，對(duì)單節(jié)桁架側(cè)片的焊接應(yīng)力和焊接變形控制成了突出問(wèn)題。為處理好單節(jié)桁架側(cè)片焊接應(yīng)力和焊接變形問(wèn)題，做到“對(duì)癥下藥”，首先應(yīng)明了焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因。1、焊接應(yīng)力與焊接變形產(chǎn)生的原因(1)不均勻的局部加熱和冷卻焊接時(shí)焊件受到不均勻的局部加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接變形和焊接應(yīng)力的最主要原因。焊接時(shí)，焊件的局部被加熱到熔化狀態(tài)，形成了焊件上溫度的不均勻分布區(qū)，使焊件出現(xiàn)不均勻的熱膨脹，熱膨脹受到周?chē)饘俚淖璧K不能自由膨脹而受到壓應(yīng)力，周?chē)慕饘賱t受到拉應(yīng)力，大被加熱金

3、屬受到的壓應(yīng)力超過(guò)其屈服點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形；焊接冷卻時(shí)，由于加熱的金屬在加熱時(shí)已產(chǎn)生了壓塑的塑性變形，所以最后的長(zhǎng)度要比為加熱金屬的長(zhǎng)度短些，但是這時(shí)周?chē)慕饘儆謺?huì)阻礙它的縮短，結(jié)果在被加熱的焊縫金屬中產(chǎn)生拉應(yīng)力，而在周?chē)饘僦挟a(chǎn)生壓應(yīng)力。(2)焊縫金屬的收縮焊縫金屬在冷卻過(guò)程中，體積發(fā)生收縮，這種收縮使焊件產(chǎn)生變形和應(yīng)力。焊縫金屬的收縮量取決于熔化金屬的數(shù)量。長(zhǎng)焊縫的縱向收縮會(huì)對(duì)焊件邊緣產(chǎn)生壓應(yīng)力，焊縫橫向收縮將會(huì)造成焊件角變形。(3)焊縫金屬的組織變化焊縫金屬在焊接時(shí)加熱到很高溫度達(dá)到熔點(diǎn)，從熔點(diǎn)到常溫，焊縫金屬內(nèi)部的組織要發(fā)生變化。由于各組織的比容不同，

4、焊縫金屬冷卻下來(lái)要發(fā)生體積變化。這種體積的變化同樣也受到周?chē)鷽](méi)有組織變化的金屬的約束，其結(jié)果使內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力。(4)焊件的剛性焊件的剛性限制了焊件在焊接過(guò)程中的變形，所以剛性不同的焊接結(jié)構(gòu)，焊后變形的大小不同。如焊件被夾持哎夾具中進(jìn)行焊接，由于夾具的限制，焊件不能隨溫度的變化自由膨脹和收縮，這樣就有效地減少了焊件的變形，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。除上述原因外，焊接方法、接頭形式、坡口形式、坡口角度、焊件裝配間隙、對(duì)口質(zhì)量、焊接速度等都會(huì)對(duì)焊接變形和焊接應(yīng)力造成影響，對(duì)單節(jié)桁架側(cè)片這樣大的焊件來(lái)說(shuō)，焊接順序?qū)附討?yīng)力與焊接變形影響更大。2、焊接應(yīng)力的控制(1)采用

5、合理的焊接順序和方向a焊縫在焊接時(shí)，要保證焊縫的縱向和橫向收縮都比較自由。例如對(duì)接焊縫時(shí)，從中間依次向兩自由端進(jìn)行焊接，使焊縫能較好地自由收縮。b收縮量最大的焊縫應(yīng)先焊，因?yàn)橄群傅暮缚p收縮時(shí)受阻較小，故應(yīng)力較小。一個(gè)結(jié)構(gòu)上即有對(duì)接焊縫，又有角焊縫，應(yīng)先焊接對(duì)接焊縫，因?yàn)閷?duì)接焊縫的收縮量較大。c在對(duì)接平面上帶有交叉焊縫的接頭時(shí)，必須采用保證交叉點(diǎn)部位不易產(chǎn)生缺陷的焊接順序。(2)錘擊焊縫可用頭部帶小圓弧的工具錘擊焊縫，使焊縫得到延展，降低內(nèi)應(yīng)力，錘擊應(yīng)保持均勻適度，避免錘擊過(guò)分，以防止產(chǎn)生裂紋。(3)加熱減應(yīng)法在焊接結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位加熱使之伸長(zhǎng)，加熱區(qū)的伸長(zhǎng)帶動(dòng)焊接部

6、位，使它產(chǎn)生一個(gè)與焊縫方向相反的變形。在加熱區(qū)冷卻收縮時(shí)，焊縫就可能比較自由地收縮，從而減少內(nèi)應(yīng)力。3、焊接變形的控制(1)反變形法反變形法是生產(chǎn)中經(jīng)常使用的方法。它是按照事先估計(jì)好的焊接變形的大小和方向，在裝配時(shí)預(yù)加一個(gè)相反的變形，使其與焊接產(chǎn)生的變形相抵消。也可以在構(gòu)件上預(yù)制出一定的反變形，使之與焊接變形相抵消來(lái)防止焊接變形。(2)利用裝配和焊接順序控制變形同樣的焊接結(jié)構(gòu)如果采用不同的裝配、焊接順序，焊后產(chǎn)生的變形則不相同。為正確地選擇裝配順序和焊接順序，一般應(yīng)依照下述原則：a收縮量大的焊縫先焊；b采取對(duì)稱(chēng)焊；c長(zhǎng)焊縫焊接時(shí)，應(yīng)采取對(duì)稱(chēng)焊、逐步退焊、分中逐步退

7、焊、跳焊等焊接順序。(3)對(duì)稱(chēng)施焊法對(duì)于對(duì)稱(chēng)焊縫，可以同時(shí)對(duì)稱(chēng)施焊，少則2人，大的結(jié)構(gòu)可以多人同時(shí)施焊，使所焊的焊縫相互制約，使結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生整體變形。(4)剛性固定法該法是在沒(méi)有反變形的情況下，將構(gòu)件加以固定來(lái)限制焊接變形。此種方法對(duì)角變形和波浪變形比較有效。此外還有散熱發(fā)、錘擊焊道法等，均是利用變形原來(lái)以解決焊接變形問(wèn)題。4、單節(jié)桁架側(cè)片焊接控制方法針對(duì)單節(jié)桁架側(cè)片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)單節(jié)桁架側(cè)片焊接應(yīng)力和焊接變形的控制采取了如下焊接措施：(1)采用剛性固定法：制作長(zhǎng)20米寬6米鋼平臺(tái)用做組裝平臺(tái)，在平臺(tái)上布置相應(yīng)的擋板及夾具。將單節(jié)桁架側(cè)片上下玹H型鋼鋼梁預(yù)制出相應(yīng)的拱

8、度并固定在