fwy-鋼梁(工形斷面)焊接變形的控制

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1、鋼梁（工形斷面）焊接變形的控制中鐵五局一公司：潘紅［摘要］對鋼梁焊接中產(chǎn)生的變形原因和大小進(jìn)行分析，提出了利用預(yù)留變形量的反變形來消除焊后殘余變形的方法。通過選取合適的反變形量、焊接材料、采用合理的焊接規(guī)范、可以解決鋼梁焊接產(chǎn)生的橫向收縮變形和角變形。［關(guān)鍵詞］鋼梁焊接預(yù)留變形反變形法1、前言焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。工件上出現(xiàn)了變形，就要花許多工時(shí)在橋上。比較復(fù)雜的變形，矯正的工作量可能比焊接工作量還要大。有時(shí)變形太大，甚至無法矯正，造成廢品。焊接變形不但影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確和外觀美觀,而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力，引發(fā)事故。因此掌握焊接變形的規(guī)律和控制變形具

2、有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2、問題的提出秦沈鋼混結(jié)合梁采用全焊接結(jié)構(gòu)，由于焊接就不可避免的存在焊接變形。而鋼梁的主要焊接是工字形斷面，如圖1,即腹板與蓋板的熔透焊接-角焊縫。此處變形最大，其坡口形成如圖2。要求焊后符合《秦沈客運(yùn)專線橋梁制造與架設(shè)施工技術(shù)細(xì)則》（試行），焊后無變形。蓋板圖1閣2腹板厚B+0.1-0.5HP0?-0.5209923、焊接3.1、應(yīng)力分析(1)焊接變形產(chǎn)生的根本原因是焊接應(yīng)力的存在，因此掌握焊應(yīng)力的分布情況就能掌握焊接變形的規(guī)律，從而控制焊接變形。在對接焊中，沿焊縫方向的應(yīng)力稱為縱向應(yīng)力，焊縫及其附近的塑性變形區(qū)為內(nèi)應(yīng)力，而兩側(cè)為壓應(yīng)力，如圖3。(1

3、)垂直于焊縫的應(yīng)力為橫向應(yīng)力，它的分布比較復(fù)雜，由兩部分組成。一個(gè)由焊縫及附近的塑性變形區(qū)的縱向收縮引起，另一個(gè)是由焊縫及其附近的塑性變形的橫向收縮的來同時(shí)性的引起的，因此必須在兩端加上壓力，中間加上拉力，才能恢復(fù)原位。焊縫上必須存在著兩端部分為壓應(yīng)力，中心部分為拉應(yīng)力的應(yīng)力，這就構(gòu)成橫向力的一部分，由于焊縫不是同時(shí)完成，各部分有先后之分，先焊部分限制后焊部分的橫向收縮。這種限制與反限制構(gòu)成了橫向應(yīng)力的另一部分。橫向應(yīng)力的兩個(gè)組成部分是同時(shí)存在的最終橫向應(yīng)力是它們兩者的合成。如圖4。(2)橫向應(yīng)力在焊縫厚度方向的分布是不均勻的，焊縫根部的極高，這是因?yàn)槎鄬雍笗r(shí)，每焊一層，焊

4、接接頭都產(chǎn)生一次角變形，橫向應(yīng)力在厚度上分布，如圖5。3.2焊接變形分析3.2.1、縱向收縮變形在焊接過程中，焊件經(jīng)受復(fù)雜的溫度變化，焊縫及其附近的金屬由于在高溫下的自由變形受阻，產(chǎn)生壓縮塑性變形，形成壓縮塑性變形區(qū)，它的存在使工件相當(dāng)于受到一個(gè)外加壓力的作用而縮短，產(chǎn)生縱向收縮。同樣截面的焊縫多層焊所引起的縱向收縮比單層焊小，分的層數(shù)越多，每層所用的線能量就越小，變形越小。3.2.2、橫向收縮變形焊接時(shí)，隨焊接熱源的移動。工件被逐步的加熱膨脹，使焊接間隙減少，單位厚度的焊接線能量越大，間隙變化也越大。在冷卻過程中，焊縫金屬由于很快凝固，隨后又恢復(fù)彈性，因此阻礙工件的焊接邊

5、收縮到原來的位置。焊縫冷卻后就產(chǎn)生了橫向收縮變形。3.2.3、角變形4、工藝措施從工藝角度上預(yù)防焊接變形的措施主要有：1、反變形法是生產(chǎn)中最常用的方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀，然后在裝配時(shí)給予一個(gè)相反方向的變形與焊接變形相抵，使焊接后構(gòu)件保持設(shè)計(jì)要求。2、剛性固定法，將構(gòu)件加固來限制接變形，在鋼梁的接中由于結(jié)構(gòu)大，剛性固定不易，效果不理想。3、合理的焊接方法和規(guī)范，選用線量低的焊接方法，可以有效地防止焊接變形，例如(302電弧焊的方法，由于工廠條件的，我們選擇反變形法和適當(dāng)預(yù)留量加上合理的焊接規(guī)范來控制焊接變形。(1)焊接材料和焊接規(guī)范工字梁材質(zhì)蓋板為14MnNbq，由于此材質(zhì)第一

6、次用于橋梁，加入了稀土金屬Nb，可焊性良好。焊接時(shí)選肜相應(yīng)強(qiáng)度的(P3.2焊絲，用埋弧自動焊焊接。先點(diǎn)焊，再用(302氣體保護(hù)焊打底，后自動焊，焊接第一層的要求必須融合良好,不得有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。否則，將直接影響焊縫質(zhì)量，因此一層是整個(gè)結(jié)構(gòu)焊縫的關(guān)鍵。必須掌握好焊接規(guī)范,正面焊后，清根后封底焊。(2)焊接方法a、組成工形桿件后，在胎架上先用C02氣體保護(hù)焊打。b、在6(/^S型胎上施焊。C、焊接第一道時(shí)，用碳弧刨清根后，再肜砂輪靡出金屬光澤后施焊，背面用（P3.2焊絲焊接。d、首先焊接四條焊縫的根部焊道（各兩道），上（下）拱桿先焊下（上）翼緣（蓋板），再焊接蓋板焊道

7、。e、正面坡根部焊縫（兩道）焊完后，背面坡口根部焊道前必須采取碳弧刨清根，再焊坡口打磨干凈。（3）預(yù)留變量A、考慮到整體節(jié)點(diǎn)桿件，四條主焊縫均為坡口焊，焊接變形大，為保證桿件整體公差，蓋腹板單件下料時(shí)預(yù)留16mm的焊接收縮量。B、蓋板精切時(shí)，為保證現(xiàn)場的對接，下料時(shí)預(yù)留焊接收縮量5mm。4、結(jié)論采肜上述反變形和焊接規(guī)范，預(yù)留變量，最大限度地減少了結(jié)構(gòu)變形，焊縫成形美觀，滿足設(shè)計(jì)，符合《秦沈客運(yùn)專線橋梁與架設(shè)施工技術(shù)細(xì)則》（試行）要求。實(shí)踐證明，工字鋼梁的工件對接焊中，采用反變形法和預(yù)留變形量控制焊接變形是行之有效的