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建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力與消除方法探索

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發(fā)表于 2008-12-1 18:18:13 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
轉(zhuǎn)載2008-12-1
8 s9 f* X: i! F* |% a# b; t0 P: \
摘 要:% }/ N0 S+ Y" W1 O
本文介紹了建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力測量結(jié)果及控制殘余應(yīng)力的意義,以詳實(shí)的
+ p0 O: n8 i1 `% o6 n9 F數(shù)據(jù)分析了幾種可能采用的消應(yīng)力方法,提出了在建筑鋼結(jié)構(gòu)制造中采用振動(dòng)時(shí)效與振動(dòng)焊接) `6 r* _/ y8 d/ @5 B! f. R
工藝的建議。/ ?( F) ~3 h5 s! k$ ^, m
關(guān)鍵詞:
) D. H* o, G  m+ o# d* k) s建筑鋼結(jié)構(gòu);焊接;殘余應(yīng)力;時(shí)效" L$ I$ P3 f$ [2 r
前言8 X& H& q: d8 E) h" T* D
0
+ F6 g! S$ E4 S7 K建筑鋼結(jié)構(gòu)是否需要和能否進(jìn)行時(shí)效工藝,除熱時(shí)效外還有什么合適的消應(yīng)力工藝可用于建筑鋼結(jié)構(gòu),是人們關(guān)心的問題。隨“奧運(yùn)”和“世博”工程的推展,我國建筑鋼結(jié)構(gòu)制造量近年迅猛上升。出現(xiàn)用鋼量達(dá)十萬噸的單體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度級別由235Mpa、345Mpa上升到390Mpa 乃至460Mpa,結(jié)構(gòu)件板厚達(dá)到80-120mm,或更高。因此,目前的建筑鋼結(jié)構(gòu)制造形勢對開展建筑鋼結(jié)構(gòu)消應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用研究及建立和完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)難得的機(jī)會(huì)。本文作者根據(jù)多年的實(shí)踐,介紹幾個(gè)大型鋼結(jié)構(gòu)及建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接殘余應(yīng)力測量及應(yīng)力消除的結(jié)果;以此為基礎(chǔ),提出了在建筑鋼結(jié)構(gòu)制造中采用振動(dòng)時(shí)效與振動(dòng)焊接工藝的建議。1 b: o/ q: ^. t- ?7 t+ W6 I
1 建筑鋼結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力
. F% {3 L0 Y$ N$ C; e: U* T建筑焊接鋼結(jié)構(gòu)與一般的焊接構(gòu)一樣,同樣存在焊接殘余應(yīng)力。以上海安亭蘊(yùn)藻浜大橋?yàn)?font class="jammer">" Z7 t: a1 e& l9 y4 B

例,鋼號為Q345B,σs=345MPa。其先在工廠進(jìn)行箱型分段焊接,然后在現(xiàn)場進(jìn)行拼焊。采用盲孔法對拼焊殘余應(yīng)力進(jìn)行測量,結(jié)果如表1:3 N8 D( k& {; o4 a% j
表1 蘊(yùn)藻浜大橋現(xiàn)場焊后殘余應(yīng)力6 x' D% j2 a; G1 {0 J
位置 應(yīng)力Mpa 最大主應(yīng)力 最小主應(yīng)力 剪應(yīng)力 縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力4 h' Z7 x: X! f
上表面埋弧焊縱縫 極值 315 -95 133 77 287, Y* p$ f  H4 R$ b2 p
平均值 157 2 78 64 94- i+ C( b7 H9 P5 ]
下表面手工焊縱縫 極值 81 -74 79 48 -34
  u/ t, d( N  U# }平均值 62 -46 54 31 -15
/ H. C& L$ k) e$ }" L3 M, G人孔封板手工焊縫 極值 261 94 79 232 1335 L$ F2 f6 F5 d9 S# Z( ^
平均值 184 103 41 173 114
/ Q3 i# ^: j+ q0 I" [4 J表1
  L; d( i% L2 k% g0 j* V3 `# [) B結(jié)果表明:下表面焊縫為先焊焊縫,殘余應(yīng)力水平比較低,而后焊接的上表面焊縫的應(yīng)力水平則很高,個(gè)別值接近母材σs,平均值接近或超過σs/2水平;下文表2、3、4的數(shù)據(jù)也可以證實(shí)這種狀況。焊接構(gòu)件由于存在高的拉伸殘余應(yīng)力,且焊縫部位存在熱影響區(qū)、焊趾缺陷、接頭應(yīng)力集中,形成構(gòu)件上組織和力學(xué)的薄弱部位,有可能導(dǎo)致構(gòu)件運(yùn)行時(shí)的變形、早期開裂、應(yīng)力腐蝕、疲勞斷裂和脆性斷裂。因此,在可能的情況下采用適合的時(shí)效工藝以改善組織性能及消除殘余應(yīng)力,將可有效地提高構(gòu)件的穩(wěn)定性和安全性及使用壽命。1 B6 @" X" T5 j8 E. Y
2 建筑鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的消除工藝
8 l+ y) b. @1 h實(shí)際上一些高要求的建筑大型焊接鋼結(jié)構(gòu)上已采用了時(shí)效工藝,包括有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持的熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效、TIG重熔和錘擊工藝,以及研發(fā)中的振動(dòng)焊接、超聲沖擊、爆炸法技術(shù)。
$ h" g1 e- p( u4 \2.1 熱時(shí)效% ?4 a; M6 O% d
表2 金茂大廈轉(zhuǎn)換柱熱時(shí)效消應(yīng)力效果分析表) `% j9 Q1 |. l) S* d( |5 R
殘余應(yīng)力(MPa) 最大主應(yīng)力 最小主應(yīng)力 縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力3 S! ~4 O4 `2 e4 I) a
熱處理前平均值 135 51 58 128
4 C9 ]4 R- O6 w. c3 f2 V熱處理后平均值 79 16 30 64  t, U) }4 E; N  Z$ U
熱處理前后差值 56 35 28 64" w5 h& ~- i) w" d
變化率(%) 41 68 48 50
9 c+ j& v' [* U& O( G- Y對重要焊接構(gòu)件先進(jìn)行整體熱時(shí)效,然后在現(xiàn)場與其它構(gòu)件進(jìn)行組合拼焊的工藝是建筑鋼結(jié)構(gòu)制造常采用的方法。上海金茂大廈的鋼架采用全焊接結(jié)構(gòu),在工廠完成零部構(gòu)件制造、且對受力構(gòu)件-轉(zhuǎn)換柱先進(jìn)行整體熱時(shí)效,然后運(yùn)現(xiàn)場拼焊。采用盲孔法殘余應(yīng)力測量技術(shù)對轉(zhuǎn)換柱熱時(shí)效工藝效果的評定結(jié)果見表2。
( [" n3 e+ I7 J2 |- I: T目前,熱時(shí)效仍是一種主流工藝,其具有焊縫去氫、恢復(fù)塑性和消應(yīng)力三重功能。一般認(rèn)為熱時(shí)效的消應(yīng)力效果為40-80%,表2的結(jié)果符合這個(gè)規(guī)律;然而對建筑鋼結(jié)構(gòu)而言,現(xiàn)場拼焊而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力將依然存在于鋼結(jié)構(gòu)中,而在現(xiàn)場進(jìn)一步采用熱時(shí)效工藝就十分困難了;局部熱時(shí)效可以降低被處理焊接接頭的應(yīng)力,但加熱帶邊緣會(huì)產(chǎn)生新的熱處理應(yīng)力,且局部熱時(shí)效實(shí)施比較困難,能耗很大。因此,需考慮其它補(bǔ)充、替代工藝。& I5 H) x5 |; P. `+ @' J
2.2 TIG 重熔9 S9 O* ]- f6 ^  X& z
焊趾缺陷是一種焊道融合線上中難以避免的小而尖銳、連續(xù)的缺陷,往往成為結(jié)構(gòu)疲勞破壞的裂紋源。常采用TIG 重熔工藝對焊趾進(jìn)行修整,重建裂紋起裂前的狀態(tài),降低由于焊趾缺陷所造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象,以延長了疲勞壽命。同時(shí)TIG 重熔也能改善焊縫區(qū)的橫向殘余應(yīng)力;上海寶冶工程技術(shù)公司進(jìn)行重型門式起重機(jī)大梁維修,對其拘束模擬焊接試板焊縫TIG 重熔前后的殘余應(yīng)力,通過X
! A$ d) `. v4 i! O3 I& p; z0 x7 x射線方法進(jìn)行測量,測定結(jié)果見表3。
由此可見:TIG重熔對于焊縫的縱向殘余應(yīng)力改善不明顯,殘余應(yīng)力絕對值下降不大;但對于縱向殘余應(yīng)力的均勻分布有一定效果。但對橫向殘余應(yīng)力有明顯的改善效果,殘余應(yīng)力絕對值下降明顯而且分布趨于均勻。考慮到3 I( F, `* h+ J9 J
建筑鋼結(jié)構(gòu)的載荷特點(diǎn)以及生產(chǎn)效率的要求,TIG重熔可在橫向拘束應(yīng)力大的焊道上,作為緩和橫向殘余應(yīng)力、降低應(yīng)力集中的輔助工藝。7 F# R/ U, o0 `3 c0 g+ d5 B  Z# B
表3
' x! s' h- h: ?2 I重熔前后殘余應(yīng)力均值對比(材料:Q345;單位Mpa)
5 l) H: @& A0 m: C# J. K縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力編號 重熔前 重熔后下降量% 重熔前 重熔后下降量%
/ p5 _! u( ]# [( O$ F6 K( x1 209 199 5.0 56 57 -2.3: \9 a7 U" R  J9 Q8 b
2 206 240 -16.4 59 64 -8.0
$ o7 U) X' I  P+ o- L, s4 N3 236 213 9.6 -57 29 -150.9; W. E8 a  O$ w; ]6 E& T
4 265 245 7.7 259 84 67.5, a) y+ l) I& C; |* D" a" ^) f- w
5 189 201 -6.4 206 114 44.6' u1 B+ k3 P% l: n6 V
6 221 219 0.7 105 70 33.4
) W% n/ x+ t* F" n) I6 o表4 典型焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效的效果# A' O' L7 G; A6 C
2.3
- T. a# ]4 a6 T8 @; [2 Y/ x振動(dòng)時(shí)效(VSR)
# o* V) e! \2 V2 m) B! b' o' z振動(dòng)時(shí)效是對構(gòu)件施加交變應(yīng)力,與構(gòu)件上的殘余應(yīng)力疊加達(dá)到材料的屈服應(yīng)力,發(fā)生局部的宏觀和微觀塑性變形;這種塑性變形往往首先發(fā)生在殘余應(yīng)力最大處和構(gòu)件的應(yīng)力集中點(diǎn),使這里的殘余應(yīng)力得以釋放,達(dá)到降低和均化殘余應(yīng)力的作用。應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在我國已達(dá)25年,相繼出臺(tái)三個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1],也已納入我國建筑鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范,技術(shù)成熟。由于振動(dòng)時(shí)效經(jīng)濟(jì)性好、方法簡單、工藝快捷、效果顯著、適用面廣,且不受構(gòu)件的大小、重量以及場地的限制,+ M# i7 @: @8 a
已廣泛應(yīng)用于機(jī)床、起重運(yùn)輸、冶金、化工等制造業(yè),也滲入到核工業(yè)(核反應(yīng)堆內(nèi)構(gòu)件、核聚變設(shè)備)、磁懸浮交通、宇航等高尖領(lǐng)域。幾個(gè)典型焊接構(gòu)件振0 r8 {# L1 Y( }7 d7 b) _
動(dòng)時(shí)效的效果分析見表4。7 _: L' |8 ]2 K6 L  q
表4 典例皆應(yīng)用功率不大于2KW的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備,對一個(gè)構(gòu)件的處理時(shí)間一般為20-45分鐘,結(jié)果表明:振動(dòng)時(shí)效的消應(yīng)力效果為20-50%;盡管振動(dòng)時(shí)效不具備去氫和恢復(fù)塑性的功能,但從尺寸穩(wěn)定性比較,已達(dá)到和超過熱時(shí)效的水平,振動(dòng)時(shí)效是一種以消應(yīng)力、提高尺寸穩(wěn)定性為目標(biāo)的替代熱時(shí)效的先進(jìn)工藝。盡管目前振動(dòng)時(shí)效在建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用尚少,
) v" J/ M; p& ~5 d4 s/ w+ Q6 n但根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)的載荷特點(diǎn)與施工要求,振動(dòng)時(shí)效有可能成為今后建筑鋼結(jié)構(gòu)消應(yīng)力的主流工藝之一。
9 Y7 k9 B, }* c" U2.4
/ K+ j, ]8 ]8 n# L3 y. t9 l( U振動(dòng)焊接(VW or VCW)# h% z4 M- \9 n2 \1 P1 j1 S! }  k: \
振動(dòng)焊接又稱振動(dòng)調(diào)制焊接、隨焊振動(dòng),是目前國內(nèi)外正在研發(fā)的新技術(shù);在振動(dòng)時(shí)效標(biāo)準(zhǔn)的附錄中,已確認(rèn)為可與振動(dòng)時(shí)效組合的工藝之一[1]。其不改變原有的焊接工藝;在焊接過程,通過一個(gè)幾百瓦的小激振器對構(gòu)件注入頻率和振幅可控的振動(dòng),即形成振動(dòng)焊接。這種限幅的振動(dòng),勢必對焊接熔池和熱影響區(qū)產(chǎn)生一定的作用:
" N2 Z8 v- N+ d( e+ o2 y
" _* A% O, J8 i) D0 a- D; L4 G. z9 J當(dāng)焊縫金屬在熔融狀態(tài)下,由于振動(dòng)使氣泡、雜質(zhì)等容易上浮、排除。
工程 材料尺寸mm/重量ton消應(yīng)力效%
, b1 N- l! D: k& |' S, A5 r) x200 噸級行車大梁 Q235 29000*3200*2000 13-22# v7 Q& `2 ~( _' S  V+ `7 _$ G
4000 噸級鍛機(jī)上橫梁 Q235 130 噸 29: `% y7 Z" A  q; t4 Z8 |
港口起重機(jī)卷筒體 Q345 D1400*13800δ50 30-56
6 Q/ k* E) c% B5 A核聚變試驗(yàn)裝置底板 304L D7800 δ90 31
* C% m2 F2 \9 o" P300MW 火電機(jī)架 20G D2900*3400 22-499 L0 R# I, q: n/ T! ~
磁懸浮交通功能件 16Mn+軟磁鋼 3000*500*450 316 g6 Z6 @* o0 I) s! X
* O8 m; _* Q! \* u% f; r
在結(jié)晶過程振動(dòng)可細(xì)化晶粒,使焊縫的力學(xué)性能得到提高。
/ p3 d/ I. ?- b0 d⑶溫度大于600℃的區(qū)域,材料在強(qiáng)度逐步恢復(fù)的冷卻過程中,伴隨振動(dòng)的熱塑性變形,使逐步形成的焊接殘余應(yīng)力得到降低和均化,可減少焊接變形及焊接裂紋的形成。* n& S+ L# E; c2 q1 `4 F$ s9 d
表5 是對BB503 厚板(90mm)電渣焊采用振動(dòng)焊接的應(yīng)力測量結(jié)果。BB503 材料的屈服強(qiáng)度為295-315Mpa,試驗(yàn)表明:采用振動(dòng)焊接(VW)或復(fù)合振動(dòng)焊接(VSR+VW)可明顯降低殘余應(yīng)力水平,且接頭性能優(yōu)化,如:側(cè)彎合格率也由原25%上升為75-100%。對Q235材料焊接的H型輕鋼(H900X200X6/8,長6m)的試驗(yàn)表明,振動(dòng)焊接可使焊接變形下降21-32%。
# t1 o6 a( v# l& c; M表5 BB503 厚板振動(dòng)焊接的殘余應(yīng)力測量結(jié)果  L. X3 j- |' O3 |
工藝 最大主應(yīng)力 最小主應(yīng)力 縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力) W) R. I/ }* A, [
0.6gVW 極值 209 -92 206 85" A. o; D  q9 R9 P, J
平均值 117 -16 109 -8
9 c/ g' F! T, {. l* K0.3gVW+0.6gVSR 極值 81 -121 64 24
# M/ d$ g: _9 w7 R平均值 37 -47 28 -39, ?6 _: _& @( a, g) w
國內(nèi)外的研究和實(shí)驗(yàn)都表明,振動(dòng)焊接工藝經(jīng)濟(jì)、簡便、高效,特別是可以在大型焊接鋼結(jié)構(gòu)上實(shí)施,振動(dòng)焊接在降低焊縫殘余應(yīng)力、減少工件變形、提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命、提高接頭力學(xué)性能,即全面提高焊縫質(zhì)量方面有顯著作用;谡駝(dòng)焊接的優(yōu)點(diǎn),在我國重大工程中,對一些采用熱時(shí)效工藝有困難的結(jié)構(gòu),已開始試驗(yàn)振動(dòng)焊接工藝,包括核聚變試驗(yàn)裝置、大厚壁高爐爐體、大直徑閥體等。若能加強(qiáng)振動(dòng)焊接在建筑鋼結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用試驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè),振動(dòng)焊接很可能成為補(bǔ)充、替代傳統(tǒng)熱時(shí)效的又一重要工藝。
7 p& A8 }' n* [: n) ]2.5 超聲沖擊與錘擊$ J1 ^) J/ P0 m" V
超聲沖擊消應(yīng)力技術(shù)由烏克蘭巴頓焊接研究所提出,近年引入我國,已在北京電視臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)立柱上進(jìn)行過試驗(yàn)。超聲沖擊消應(yīng)力工藝的特點(diǎn)是:在超聲(≥16KHz)下應(yīng)用束狀沖頭,在對焊趾和焊縫表面進(jìn)行沖擊;試驗(yàn)表明:5 W5 f) o: v: E
  r: g* a. H+ K* c/ q3 g7 q# f
超聲沖擊對一定深度的表層有消應(yīng)力的效果,在采用對焊道全覆蓋沖擊時(shí),被沖
* Z& S! e( d! O- l6 P4 f9 V擊的表面會(huì)形成壓應(yīng)力,對2~4mm 深度層消應(yīng)力效果可達(dá)34~55%。4 X# v' q8 X) Q- S) U# N  \5 |6 k# A4 u
7 b2 L2 a6 h  c- f
采用焊趾沖擊法,可以快速修復(fù)焊趾的缺陷,降低應(yīng)力集中。并伴隨其壓應(yīng)力區(qū)的作用可以在一定程度上降低焊趾邊未受沖擊焊縫的殘余應(yīng)力,下降率達(dá)19%,對提高接頭的疲勞壽命有明顯作用。
# `- k( l, o" X+ [% \* W
9 c  k1 q. x  X; C' W由于沖擊工藝處理的特點(diǎn),僅可以用于沖擊工具可達(dá)的外表面,其工作效率約為1200mm2/min。沖擊工藝是以點(diǎn)接觸、壓應(yīng)力屈服為主要特征的“面效應(yīng)”型消應(yīng)力工藝,伴隨一定的振動(dòng)時(shí)效效果,比較適合高拘束狀態(tài)短焊縫的局部處理。如局部的焊接修復(fù)、大構(gòu)件的組配焊接以及在厚壁結(jié)構(gòu)上焊小構(gòu)件,其焊縫處承受較大的拘束應(yīng)力,且焊后易產(chǎn)生延遲冷裂紋等情況?勺鳛槠渌麘(yīng)力工藝的補(bǔ)充工藝。應(yīng)用人工或氣動(dòng)的錘擊消應(yīng)力工藝,通過敲擊振動(dòng)及表面壓應(yīng)力屈服實(shí)現(xiàn)消應(yīng)力效果。該工藝已進(jìn)入美國鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范,我國也成功應(yīng)用于大型轉(zhuǎn)爐的焊接和大型水輪機(jī)異重金屬焊接的消應(yīng)力處理。由于錘擊工藝難以規(guī)范,對周邊干擾大,勞動(dòng)強(qiáng)度高,往往作為補(bǔ)充、應(yīng)急工藝。
" Q3 J$ ~. y3 R+ ]. X2.6 爆炸法工藝: L; e* `. V7 |" l0 T- {% B9 V
將特種專用炸藥沿焊縫走向粘貼在焊縫附近。炸藥引爆后產(chǎn)生連續(xù)的沖擊波迫使結(jié)構(gòu)的峰值應(yīng)力區(qū)域發(fā)生塑性變形,以此達(dá)到消應(yīng)力的目的。據(jù)報(bào)道消除厚度可達(dá)70mm,效果可達(dá)60%,瞬間完成,適合大型和特大型結(jié)構(gòu),在水利涵管方面應(yīng)用較多。爆炸法消應(yīng)力施工時(shí)十分強(qiáng)調(diào)安全措施,故在城市建筑中應(yīng)用有一定困難。
1 y4 _: }+ H3 `& C. ?
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 樓主| 發(fā)表于 2008-12-1 18:19:28 | 只看該作者

建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力與消除方法探索

3 討論與結(jié)論
$ L% m* P" `- k. t8 H
, m6 M( f* c4 }5 g; @. [1 ?( Y1 ?/ e建筑鋼結(jié)構(gòu)焊后存在高的殘余應(yīng)力,時(shí)效工藝可以明顯降低應(yīng)力水平,對安全性及使用壽命帶來好處。/ y& I2 O( G. k  B; D

- ]! \7 o9 |" F$ N5 m# p上述消應(yīng)力工藝皆可應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu):其中熱時(shí)效可作為重要零部件的整體消應(yīng)力工藝;局部熱時(shí)效、TIG重熔、超聲沖擊、錘擊可作為現(xiàn)場拼焊后的消應(yīng)力和控制應(yīng)力集中的工藝;振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接則可更廣泛地滿足零部件制造和現(xiàn)場拼焊控制殘余應(yīng)力的要求。* q7 j1 W+ \! k. J! D, s, j, L
8 O" m4 K4 z' Y3 D
在目前的建筑鋼結(jié)構(gòu)制造中,除熱時(shí)效外尚有多種消應(yīng)力工藝尚未得到有效應(yīng)用,應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用試驗(yàn),把在其它行業(yè)已成功的技術(shù)進(jìn)行移植、推廣應(yīng)用,并逐步建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1 B- ]& C& ~" U* Y0 h

' d; Z0 ^' D; R% ?) h/ N: P我國的振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接技術(shù)在國際上占領(lǐng)先地位;這兩種工藝對建筑鋼結(jié)構(gòu)的載荷特點(diǎn)和制造要求具有良好的適用性,應(yīng)首先加強(qiáng)這兩種工藝的應(yīng)用試驗(yàn)。
# C- ~# d% l# D6 f5 I' d參考文獻(xiàn):7 j. [5 f7 L  ~7 I" h
[1] JB/T10375-200,焊接結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及要求[S].北京:中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.
. A- B/ i0 L6 p7 ?; o( D焊接應(yīng)力
/ s, h5 E& V" [+ s! ]一、焊接殘余應(yīng)力的分類" L' X, [* L; x1 d5 J, x; [
1; P' O: Q: j5 U" B5 H
.根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)劃分:拉應(yīng)力、壓應(yīng)力4 c5 f- s% `0 d% q9 ?4 U4 e* U
2* h! d: j+ n" P) n/ B
.根據(jù)引起應(yīng)力的原因劃分:熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、拘束應(yīng)力4 ?: s  _0 C) ]: P, {7 P* s
30 m2 b5 Y0 i, F5 w% ^$ M  ?" U
.根據(jù)應(yīng)力作用方向劃分:縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、厚度方向應(yīng)力
% j" c1 Z, F$ \0 s5 K& ~4
  P+ D1 _/ w. F5 |.根據(jù)應(yīng)力在焊接結(jié)構(gòu)中的存在情況劃分:單向應(yīng)力、兩向應(yīng)力、三向應(yīng)力
. _- v, O3 u' `5 i. {5
; ^5 ^) d, i% ~! V! Q  f.根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的發(fā)生和分布范圍劃分:第一類應(yīng)力、第二類應(yīng)力、第三類應(yīng)力
- g" v9 A. m9 P+ A二、焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律
9 U8 }& o+ I0 o! p, c1: f5 I( r5 M( {3 [
.縱向應(yīng)力бx 的分布+ ]6 w9 X* N/ p( l4 d& C% [* V) k
бx 在焊件橫截面上的分布規(guī)律為:焊縫及其附近區(qū)域?yàn)闅堄嗬瓚?yīng)力,一般可達(dá)材料的屈服1 `+ c4 G' ]4 S' M
強(qiáng)度,隨著離焊縫距離的增加,拉應(yīng)力急劇下降并轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力。бx在焊件縱截面上的分布規(guī)律為:在焊件縱截面端頭,бx=0,越靠近縱截面的中間,бx越大,逐漸趨近于бs。如圖2-9所示。圖2-11為板邊堆焊時(shí),бx在焊縫橫截面上的分布。T 形接頭的бx布與立板和水平板尺寸有很大關(guān)系,δ/h
% }9 x: O; Y% ^' K越小,接近于板邊堆焊的情況;δ/h越大,接近于等寬板對接的情況。
7 P2 |) N+ x' [3 b! e* y2
2 {8 _/ O2 X+ J.橫向應(yīng)力бy 的分布 бy =бy′+бy″бy′:
+ e8 d$ Q! x  ^  n: v焊縫及其塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力;бy″:4 s2 y. O& h0 O5 b
焊縫及其塑性變形區(qū)的橫向收縮不均勻、不同時(shí)引起的橫向應(yīng)力。1 Y. @" ^9 T$ [* m7 w# }
3
* p; b* ~0 G* f: H.特殊情況下的焊接殘余應(yīng)力
* |! h7 t7 j2 ]) K& b9 q① 厚板中的焊接殘余應(yīng)力
7 l$ O6 }$ W" P② 拘束狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力( x9 b: V# G; ]8 z- R
③ 封閉焊縫中的殘余應(yīng)力
% c- f( `2 ^! f. [* r# a4 Q- |④ 焊接梁柱中的殘余應(yīng)力- I, T5 e5 p; ]0 A% v9 I
⑤ 焊接管道中的殘余應(yīng)力/ C. ~+ ^* U) K
三、焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響. K; {& b  \4 a; B) P4 _
1
5 m! t. y' v8 O, N! _.對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響
' M5 t# t$ o& J' ^( ?' ]* l只要材料具有足夠的塑性,焊接殘余應(yīng)力的存在并不影響結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。對脆性材料制造的焊接結(jié)構(gòu),由于材料不能進(jìn)行塑性變形,隨著外力的增加,構(gòu)件不可能產(chǎn)生應(yīng)力均勻化,所以在加載過程中  L. w/ X. Z8 a: t% r% w5 _
應(yīng)力峰值不斷增加。當(dāng)應(yīng)力峰值達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí),局部發(fā)生破壞,而最后導(dǎo)致構(gòu)件整體破壞。所以焊接殘余應(yīng)力對脆性材料的靜載強(qiáng)度有較大的影響。
! b& H+ c  R3 V' f+ q21 Y) _5 D5 x: J' v0 K# z) ?$ ]; I
.對構(gòu)件加工尺寸精度的影響5 z4 I3 T/ e2 S
3
/ ^. _8 \2 c% q9 m7 D.對梁柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響4 _. x% t, @7 j9 B; Q9 C
四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施$ `4 I; V8 d8 F3 D
一般來說,可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手:6 k! @# q4 R  S
1
6 S3 _5 \0 Z9 G.設(shè)計(jì)措施
5 C$ e$ R( J0 A) @+ |
3 Y1 p3 Z5 ^4 ?+ w' r, h盡可能減少焊縫數(shù)量;
# o) e: f* B8 F- u" V5 c7 \+ I( O( X  g7 N7 b) A6 F* @
合理布置焊縫;
5 B0 _' z2 y# a2 H
- I0 X2 f: y7 |+ o6 l' a采用剛性較小的接頭形式。" @+ Z$ I% u2 [" Y  ]$ B/ ~# f
2
3 n. Z/ F" x5 s.工藝措施. C+ ?. O! }* E6 T5 H) R4 u" J
(1
3 x+ w& b( w- z" n4 |  T)采用合理的裝配和焊接順序及方向5 J+ B: K! m  k+ r8 {$ c

: @2 }7 n& d- V6 R$ C( V1 K6 s鋼板拼接焊縫的焊接;& b: v1 G  z# q" M: Y5 B
2 ^" N- s4 G7 g3 `6 U% |# Z. q
同時(shí)存在收縮量大和收縮量小的焊縫時(shí),應(yīng)先焊收縮量大的
0 u, R1 p/ F2 {" y# l焊縫;. o/ b# d( U! x
4 }: u+ n! d  B8 R) {4 X% i* f
對工作時(shí)受力較大的焊縫應(yīng)先焊;8 w6 Y$ v4 ]! l! Z3 m
( h, _  p" f6 _
平面交叉焊縫的焊接。
1 `1 ]6 \3 B3 ?+ [' {% y/ g(22 f' d+ c$ y, I1 |
)縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差: {/ U3 @: o0 H* g3 _  W& c4 L
(預(yù)熱法、冷焊法)
- Z, B  |: e& t4 Y! R5 M) L(38 h+ h& v* Q- U9 m% O# ~& m
)加熱“減應(yīng)區(qū)”法
8 |8 [8 s. W( [0 c( \(4
" o' `- A4 F) @' M& s)降低接頭局部的拘束度
, l( b6 r$ |0 N7 A' M/ v! P1 w: i(5; a4 |$ s$ a" J- K
)錘擊焊縫1 T% S( B1 o' V3 ~# P
五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法2 ~6 K, t% R( d' ^1 j' @
1
9 Q! }7 e1 c! ]5 m0 ]" W.熱處理法- i2 V! g0 I7 p
熱處理法是利用材料在高溫下屈服點(diǎn)下降和蠕變現(xiàn)象來達(dá)到松馳焊接殘余應(yīng)力的目的,同時(shí)熱處理還可以改善接頭的性能。
5 ^$ \( H+ e& f: C0 E(1)整體熱處理3 E5 ?) i* K4 ?
整體爐內(nèi)熱處理、整體腔內(nèi)熱處理5 C- ?0 P4 i( c. f
整體加熱熱處理消除殘余應(yīng)力的效果取決于熱處理溫度、保溫時(shí)間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱范圍。保溫時(shí)間根據(jù)板厚確定,一般按每毫米板厚1~2 min計(jì)算,但最短不小于30 min,最長不超過3h。  G3 a" e0 Z$ E& R% P
碳鋼及中、低合金鋼:加熱溫度為580~680℃;
; d6 s$ N' C8 H3 ~: Y鑄鐵:加熱溫度為600~650℃。4 P& f8 `2 [: f* ]$ E! G7 O) S- D
(2)局部熱處理
( e6 T- q! Q" y" C- Q5 W5 n; O+ h# X局部熱處理只能降低殘余應(yīng)力峰值,不能完全消除殘余應(yīng)力。加熱方法有電阻爐加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、遠(yuǎn)紅外加熱等,消除應(yīng)力效果與加熱區(qū)的范圍、溫度分布有關(guān)。+ P3 k. R# }2 {7 l( F
2; w4 ^9 C4 P6 J* o
.加載法
, n8 [% J# x" T$ N+ c加載法就是通過不同方式在構(gòu)件上施加一定的拉伸應(yīng)力,使焊縫及其附近產(chǎn)生拉伸塑性變形,與焊接時(shí)在焊縫及其附近所產(chǎn)生的壓縮塑性變形相互抵消一部分,達(dá)到松馳應(yīng)力的目的。
0 s& w: m5 E6 j7 g( H(1)機(jī)械拉伸法
* B6 H4 P* r5 J  c(2)溫差拉伸法! E$ `0 W/ n* E  z
(3)振動(dòng)法
" z+ u( D, n! ~$ t六、焊接殘余應(yīng)力的測定+ o0 h3 l7 j/ v8 {" q
目前,測定焊接殘余應(yīng)力的方法主要可歸結(jié)為兩類,即機(jī)械方法和物理方法。  }1 {  a1 h9 Q; o! n/ n; j( n$ W
1
  s/ u  [) L: d4 I( E2 e.機(jī)械方法% w, e  C# i" C: e) k% @6 h+ |
利用機(jī)械加工將試件切開或切去一部分,測定由此而釋放的彈性應(yīng)變來推算構(gòu)件中原有的殘余應(yīng)力。包括切條法、鉆孔法和套孔法。$ h+ ?- H) o; @( C+ Y6 b4 H" g
23 Y4 `$ F& f" v  C6 l+ r# b
.物理方法" h4 [, C/ N  M7 p3 E: U3 R9 Y, Q) y
是非破壞性測定焊接殘余應(yīng)力的方法,常用的有磁性法、超聲波法和X射線衍射法。
: u- ?1 b7 U/ N! d0 X( \- x(1)磁性法是利用鐵磁材料在磁場中磁化后的磁致伸縮效應(yīng)來測量殘余應(yīng)力的。
2 H. @% G' B/ I8 s. \(2)X 射線衍射法是根據(jù)測定金屬晶體晶格常數(shù)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變化來測定殘余應(yīng)力
* `' g# K) O0 M  e: a的無損測量方法。
7 f* b% @8 h" M! s( p- M(3)超聲波法是根據(jù)超聲波在有應(yīng)力的試件和無應(yīng)力的試件中傳播速度的變化來測定殘余
3 o$ M; G- _; y應(yīng)力的。( ?  V! P& x3 v1 d0 K, y$ l
焊接應(yīng)力的控制及消除: d& t* |* q1 O" f
高 紅, 曲金萍, 劉風(fēng)山, 龔幫軍, 馬 艷7 W. X* j7 H, f* |
(鐵煤集團(tuán)公司大興煤礦, 遼寧調(diào)兵山112700)
3#
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建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力與消除方法探索

摘 要:通過對焊件在焊接中產(chǎn)生應(yīng)力的分析,提出科學(xué)合理地控制及消除焊接應(yīng)力的方法。
( _9 C$ |4 s7 y: o關(guān)鍵詞:焊縫; 焊接應(yīng)力; 溫度
8 k4 L: n" P1 [4 y7 ?" x, Z0 前 言/ X$ S4 f9 o+ N4 r
在對礦山設(shè)備的機(jī)修件進(jìn)行焊接中,為防止和減少焊件變形,必須控制焊修區(qū)域的收縮,但是對收縮變形的控制將會(huì)促進(jìn)內(nèi)應(yīng)力的顯著增加。焊件自身在焊接過程中,由于受到不均勻的加熱和冷卻,在結(jié)構(gòu)中必然會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力,這些焊接應(yīng)力會(huì)殘留在焊后已經(jīng)冷卻的結(jié)構(gòu)中。焊接應(yīng)力是引起焊接接頭中產(chǎn)生各種焊接裂紋的重要因素。焊后殘留在結(jié)構(gòu)中的焊接應(yīng)力將會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的使用壽命;因此,控制和消除焊接應(yīng)力值,有利于提高整個(gè)構(gòu)件的焊
1 f1 L# l# q  e接質(zhì)量。% `: E' W2 k8 w$ ~
1 控制焊接應(yīng)力的方法; e2 \9 ~: \% [" u0 y; \
1.1 從設(shè)計(jì)上考慮控制焊接應(yīng)力的方法控制焊接殘余應(yīng)力可以從焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上考慮,在保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度條件下,盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸。2 U, o) X* V0 z
1.2 合理的焊接順序法
8 j" g; M% T: @! Z9 ]* r在焊接過程中盡量使所焊焊縫能自由收縮。先焊收縮量較大的焊縫,使其能在結(jié)構(gòu)整體剛性較小的情況下自由收縮;先焊錯(cuò)開的短焊縫,后焊直通長焊縫;當(dāng)結(jié)構(gòu)上的多余焊縫受力不均時(shí),應(yīng)先焊在工作時(shí)受力較大的焊縫,使焊接應(yīng)力能合理地分布;焊接帶有交叉焊縫的接頭,焊接時(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。如:井下用起吊間在構(gòu)件上分布著對接焊縫和角焊縫兩種焊縫形式,由于對接焊縫的收縮量大于角焊縫的收縮量,所以應(yīng)先焊對接焊縫。
/ ~% j$ {* v8 D7 W/ B1.3 降低局部剛性法
3 X' V& x/ K" h4 g/ [" G5 m' O結(jié)構(gòu)剛性增加時(shí),焊接應(yīng)力隨之加大,降低局部剛性有利于減少應(yīng)力。焊接封閉焊縫或剛性較大的焊縫,焊接時(shí)可以采取反變形法降低結(jié)構(gòu)的局部剛性,也可根據(jù)情況在焊縫附近開緩和槽,降低焊接部位的局部剛性,盡量使焊縫有自由收縮的可能,以便能有效地減少焊接應(yīng)力。
8 q9 z) e' Z9 B1.4 預(yù)熱和緩冷方法) X2 D  R, G$ p; `& H% {, E* R
焊件本體上溫差越大,焊接應(yīng)力也越大。焊前對焊件進(jìn)行預(yù)熱能減小溫差和減慢冷卻速度,兩者均能減少焊接應(yīng)力。在焊修前將工件放在爐內(nèi)加熱到一定溫度(100~600℃) ,并在焊接過程中防止加熱后的工件急劇冷卻,這樣降低焊修部分溫度與基體金屬溫度的差值,使膨脹數(shù)值接近,從而減少內(nèi)應(yīng)力。若焊件整體預(yù)熱有困難,可采用局部預(yù)熱,即在焊縫及其兩側(cè)不少于80 mm 處進(jìn)行加熱,因?yàn)榧訜崽瓡?huì)造成新的溫差應(yīng)力。預(yù)熱時(shí)溫升不要太快,要均勻,并要求整條焊縫各部位溫度應(yīng)基本一致。緩冷時(shí)將焊接后的工件加熱到600 ℃,放在退火爐內(nèi),讓它慢慢地冷卻下來。7 H# H9 s& ^9 x
1.5 錘擊法9 J1 Z2 C* \  O) U8 O
當(dāng)焊修較長的裂縫和堆焊層,焊縫金屬冷卻時(shí),由于焊縫收縮時(shí)受阻力而產(chǎn)生拉應(yīng)力,趁著焊縫和堆層在赤熱的狀態(tài)下,用錘輕敲焊縫區(qū)能使金屬展開,焊縫擴(kuò)展可減少焊縫的收縮,焊接應(yīng)力可減少1/ 2~1/ 4。錘打時(shí),焊修金屬溫度在800 ℃時(shí)效果最好。若溫度降低,敲打力量也要隨之減少。進(jìn)行錘擊時(shí),溫度應(yīng)在300 ℃以下或400 ℃以上,避免在300~400 ℃之間進(jìn)行,因?yàn)榇藭r(shí)金屬材料正處于藍(lán)脆階段,
8 T' w0 b" V" O  F# U/ D錘擊焊縫容易造成斷裂。多層焊時(shí),第一層和最后一層焊縫不用錘擊,其余每層都要錘擊。第一層不錘擊是為了避免產(chǎn)生根部裂紋,最后一層焊縫要焊接得較薄,以便消除由于錘擊而引起的冷作硬化。5 C) v+ g5 w5 Y+ v
2 消除焊接殘余應(yīng)力的措施
- I6 e; G1 E  i2.1 焊件整體高溫回火
- n5 T9 q! c( y# N將整個(gè)焊件放在加熱爐內(nèi)加熱到一定的溫度,然后保溫一段時(shí)間再冷卻,同種材料回火溫度越高,時(shí)間越少,焊接應(yīng)力消除越徹底。這種方法可將焊件內(nèi)80 %~90 %的焊接殘余應(yīng)力消除掉。保溫時(shí)間通常按每毫米1~2 min ,一般不低于30 min ,不高于3 h。
( k; j1 h% j8 Z) F" n7 O9 H7 K8 K4 r/ l2.2 局部高溫回火
$ T6 r) @# V1 ^( O只對焊縫及附近區(qū)域進(jìn)行加熱以消除焊接殘余應(yīng)力。此方法通常用于焊接管道接頭及長構(gòu)件的對接接頭等。
! E9 G" m) o& a/ p( k2.3 機(jī)械拉伸法; A4 ~- g9 t7 x, s1 N  |# m* }
對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載,使焊接壓縮塑性變形區(qū)得以拉伸,可減少由焊接引起的局部壓縮塑性變形量,使焊接應(yīng)力得以降低。& P* i" K1 _7 l0 \. D' S+ G1 `8 B
2.4 溫差拉伸法
7 g8 [: G* ^. }' a7 H用焊修件局部加熱的溫差來拉伸焊縫區(qū),兩側(cè)溫度高,焊接區(qū)溫度低,兩側(cè)受熱膨脹金屬對溫度較低的區(qū)域進(jìn)行拉伸,可消除部分應(yīng)力。0 q$ J( p) F$ [* q% t' Y9 v
3 結(jié)束語
6 F! U1 F* H- z" Z4 c3 T1 w礦山機(jī)械零件種類較多,所受載荷和工件條件各不相同,對各類零件機(jī)械性能要求也不同。在焊修前,
9 Q" p0 M) p- ?! Z% s3 j0 S必須對該零件的材料、工作條件、機(jī)械性能、熱處理等方面有明確的了解,正確安排焊接工藝,采取有利措施,以獲得最好焊接效果,達(dá)到整個(gè)焊件的焊接質(zhì)量要求。減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法! z  K( t) T" K
(1)采用適當(dāng)?shù)暮附映绦,如分段焊、分層焊?font class="jammer">1 E* V* t2 g+ X# D6 ^
(2)盡可能采用對稱焊縫,使其變形相反而抵消;
' b* X  i; v6 u: D( Y7 b(3)施焊前使結(jié)構(gòu)有一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形;
8 D& I6 K* Q4 R+ c" D0 ^- d; K(4)對于小構(gòu)件焊前預(yù)熱、焊后回火,然后慢慢冷卻,以消除焊接應(yīng)力。
! [0 m% {! p" U$ N$ n7 Y: o6 c合理的焊縫設(shè)計(jì)6 F, q" \- W  K5 X
(1)避免焊縫集中、三向交叉焊縫;% \0 H, }6 a9 C. x
(2)焊縫尺寸不宜太大;
0 {' n3 ~. q& Y) r% d(3)焊縫盡可能對稱布置,連接過渡平滑,避免應(yīng)力集中現(xiàn)象;
6 F5 U. D" R/ C$ k( }( m: }(4)避免仰焊。
5 q" u2 g! F# Y7 h$ x$ e焊接變形的產(chǎn)生和防止" G7 o7 X2 `4 R
手工電弧焊接過程中的變形成因及對策' c. Y: S1 {( Y" {. e: V# U' b
在工業(yè)生產(chǎn)中,焊接作業(yè)特別是手工電弧焊作業(yè)作為制造、修理的一種重要的工藝方法得到越來越廣泛的運(yùn)用。同時(shí),由于手工電弧焊自身的焊接特點(diǎn)必然引起其焊接變形較大,如不對其變形的原因進(jìn)行分析并針對其成因提出有效的對策,必將給生產(chǎn)帶來極大的危害。
% J  @$ W! X4 @* S. k一、 手工電弧焊接過程中的變形成因/ P. t' q$ z) s8 }. b7 p, D. Z
我們知道,手工電弧焊接過程中的焊接電弧由在兩個(gè)電極之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生持久的放電現(xiàn)象所產(chǎn)生的。電弧的產(chǎn)生是先將兩電極相互接觸而形成短路,由于接觸電阻和短路電流產(chǎn)生電流熱效應(yīng)的
1 G) H& S" [7 S結(jié)果,使兩電極間的接觸點(diǎn)達(dá)到白熱狀態(tài),然后將兩電極拉開,兩電極間的空氣間隙強(qiáng)烈地受熱,空氣熱作用后形成電離化;與此同時(shí),陰極上有高速度的電子飛出,撞擊空氣中的分子和原子,將其中的電子撞擊出來,產(chǎn)生了離子和自由電子。在電場的作用下,陽離子向陰極碰撞;陰離子和自由電向陽極碰撞。這樣碰撞的結(jié)果,在兩電極間產(chǎn)生了高熱,并且放射強(qiáng)光。電弧是由陰極區(qū)(位于陰極)、弧柱(其長度差不多等于電弧長度)和陽極區(qū)(位于陽極)三部分所組成。陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度,主要取決于電極的材料。一般地,隨電極材料而異,陰極區(qū)的溫度大約為2400K—3500K,而陽極區(qū)大約為2600K—4200K,中間弧柱部分的溫度最高,約為5000K—8000K。焊接接頭包括焊縫和熱影響區(qū)兩部分金屬。焊縫金屬是由熔池中的液態(tài)金屬迅速冷卻、凝固結(jié)晶而成,其中心點(diǎn)溫度可達(dá)2500℃以上?拷缚p的基本金屬在電弧的高溫作用下,內(nèi)部組織發(fā)生變化,這一區(qū)域稱為熱影響區(qū)。焊縫處的溫度很高,而稍稍向外則溫度迅速下降,熱影響區(qū)主要由不完全熔化區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、不完全正火區(qū)、再結(jié)晶區(qū)和藍(lán)脆區(qū)等段組成,熱影響區(qū)的寬度在8—30 mm范圍內(nèi),其溫度從底到高大約在500 ℃--1500℃之間。金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于焊接時(shí)不均勻的加熱和冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫焊接應(yīng)力。由于焊接應(yīng)力造成的變形叫焊接變形。
7 L2 ^' W8 [. P* p   在焊接過程中,不均勻的加熱,使得焊縫及其附近的溫度很高,而遠(yuǎn)處大部分金屬不受熱,其溫度還是室內(nèi)溫度。這樣,不受熱的冷金屬部分便阻礙了焊縫及近縫區(qū)金屬的膨脹和收縮;因而,冷卻后,焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和內(nèi)應(yīng)力(縱向和橫向),就造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形。金屬內(nèi)部發(fā)生晶粒組織的轉(zhuǎn)變所引起的體積變化也可能引起焊件的變形。這是# B9 i9 A1 q  x7 C$ H
產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。' W' D) {/ y) Q' J1 p
二、 焊件的殘余變形和應(yīng)力的危害性
5 e& S; B& [- a9 d4 k1 l在焊接過程中焊件將發(fā)生變形,隨著變形的產(chǎn)生,焊件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了變化,而焊完并冷卻后所留下的變形和應(yīng)力不是暫時(shí)的而是殘余的。通常焊件的殘余變形和應(yīng)力是同時(shí)存在的,但在一般焊接結(jié)構(gòu)中殘余變形的危害性比殘余應(yīng)力大得多,它使焊件或部件的尺寸改變而無法組裝,使整個(gè)構(gòu)件喪失穩(wěn)定而不能承受載荷,使產(chǎn)品質(zhì)量大大下降,而校正卻要消耗大量的精力和物力,有時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。同時(shí)焊接裂縫的產(chǎn)生往往也和焊接殘余變形和應(yīng)力有著密切的關(guān)系。有的金屬由于焊后產(chǎn)生了殘余應(yīng)力而使的使用性能大為下降,從而對這類金屬的焊接件生產(chǎn)造成工藝上的大量困難。因此,在制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí),必須充分了解焊接時(shí)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生的機(jī)理和焊后決定工件變形的基本規(guī)律,以控制和減少它的危害性。
% \" H& w% o6 ^三、 影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素及變形的種類
9 h$ f6 C, K, M3 M(一)、影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素有:% N, Y! X, y2 ?! U. H. d, I" k; T
1.
1 q& i' I/ h" j5 H焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置;
$ X+ w5 K6 `' s1 j" ]! f2.* c, a# ]4 |% r5 a- X, t: h: k
結(jié)構(gòu)剛性的大;* N6 z0 s. G; Y6 v4 D8 z
3.  }+ s9 p: ^7 P% T7 B/ O  c& O/ C7 k
裝配和焊接順序;8 S0 K0 ~5 {. g( N5 N
4.
: a( Q; ~. H# _2 b0 K1 Q焊接規(guī)范的選擇。0 S+ _& ~! E. H
(二)、焊接變形的種類有:
$ p, A! w9 a" S# b8 Z' Q7 J1.
" [2 i& l# @4 l( m/ F( R縱向收縮和橫向收縮;
4 f5 W. v. X# t' Z5 C在焊縫長度方向上的收縮稱縱向收縮,而在垂直于焊縫縱向的收縮稱橫向收縮。由于這種收
$ N% i" R- {! t' }8 O" b4 {. e) h縮,便使焊件發(fā)生了變形。+ `9 i& L, m+ w/ ?0 W( _& m
2.% y4 S1 h0 F3 O) ?% A
角變形;7 z& T! j6 V9 A! F* S
3.# ?% M2 W5 E! e. G' X, L
彎曲變形;6 ^5 w% W3 ~% x, p4 G$ B
4.
& P7 [% k: w# [波浪變形;
+ y/ [! t3 a. L" A% K: q5.
5 S0 O  X7 z/ a  H/ U扭曲變形。
0 n5 |) z) L  F" ^$ Y(三)、從焊接工藝上分析,影響焊縫收縮量的因
7 ^. x! Q$ A; @( T3 F素有:0 P6 ^! C4 y  R+ r% B
用手工電弧焊焊接長焊縫時(shí),一般采用焊前沿焊縫進(jìn)行點(diǎn)固焊。這不僅有利于減小焊接變形,+ y0 X" ^: l( u
也有利于減小焊接內(nèi)應(yīng)力。1 o$ ^9 e" x' h$ X% L9 X
備料情況和裝配質(zhì)量對焊接變形也會(huì)產(chǎn)生影響。* e" H  A0 Y+ |" Q% C+ Z* t; l
焊接工藝中影響焊縫收縮量的因素有:
- P- o# X6 J. W: L, @; Q# ^* C+ e1.- n0 g, e7 M* O" Z2 I( H8 p$ H
線膨脹系數(shù)大的金屬材料,其變形比線膨脹系數(shù)小的金屬材料大;+ ~0 s3 c* y$ W) {- X' C( D4 d' d
2.
  X3 n) A0 W8 S2 B; `& ^焊縫的縱向收縮量隨著焊縫長度的增加而增加;% b' ?7 o) o/ @$ n, b1 m6 X
3.) M  U3 _' Q7 H
角焊縫的橫向收縮比對接焊縫的橫向收縮;' K. _# d) L/ U* R" c  H& f0 ]
4.
% Z; m4 m) f( [  I0 y間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小;
3 m$ I3 \- ]+ v9 u9 f- U5.
8 o+ @! s' V3 `* w多層焊時(shí),第一層引起的收縮量最大,以后各層逐漸減小;+ E$ J/ \; E1 s0 n* O3 h
6. 在夾具固定條件下的焊接收縮量比沒有夾具固定的焊接
0 G+ S, b+ _+ A9 L+ U+ |收縮量小,約減少40%--70%;
5 e' y; Y3 [4 v0 e! m+ D7.
2 i7 H; W& b& t. ^1 ?& d焊腳等于平板厚度的丁字接頭,角變形量較大。4 Z  J& e) d: o
四、防止焊接變形的方法+ I) R) g! @5 C% |0 {3 G
通過以上的分析,我們基本了解焊接變形的原因及變形的種類,針對焊接變形的原因和種類從焊接工藝上進(jìn)行改進(jìn),可以有效防止和減少焊接變形所帶來的危害。下面,我們主要介紹幾種常見的防止焊接變形的方法。
+ J* @9 n$ _* f7 c1 x( b1. 反變形法8 N3 T8 }. d4 m' Z6 p
在焊前進(jìn)行裝配時(shí),預(yù)置反方向的變形量為抵消(補(bǔ)償)焊接變形,這種方法叫做反變形法。圖1 所示為8—12mm 厚的鋼板V形坡口單面對接焊時(shí),采用反變形法以后,基本消除了角變形。
% S! U2 ?, _0 f+ x2.6 }9 g- Q8 _3 z* z; y$ G( ^0 ]  N
利用裝配和焊接順序來控制變形;: d5 K0 Z4 ?2 P+ h* N
采用合理的裝配和焊接程序來減少變形,這在生產(chǎn)實(shí)踐中是行之有效的好辦法,如圖2(a)所示為一箱形梁,由于焊縫不對稱,焊后產(chǎn)生下?lián)蠌澢冃。解決辦法是由兩人或四人,對稱地先焊只有兩條焊縫的一側(cè),如圖2(b)中焊縫1 和1 然后就造成了如圖2 (c)的上拱變形。由于這兩條焊縫焊后增加了箱形梁的剛性。當(dāng)焊接另一側(cè)的兩條焊縫時(shí),如先焊圖2(d)中焊縫2 和2,最后再焊圖2(e)中焊縫3 和3,就基本上防止了變形。有許多結(jié)構(gòu)截面形狀對稱,焊縫布置也對稱,但焊后卻發(fā)生彎曲或扭曲的變形,這主要是裝配和焊接順序不合理引起的,也就是各條焊縫引起的變形,未能相互抵消,于是發(fā)生變形。焊接順序是影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素之一,安排焊接順序時(shí)應(yīng)注意下列原則:
( G. N( w& A4 I* h4 [7 u1)盡量采用對稱焊接。對于具有對稱焊縫的工作,最好由成對的焊工對稱進(jìn)行焊接。這樣可以使由各焊縫所引起的變形相互抵消一部分。: J. U% `0 e/ Z9 i+ Y5 v2 N0 ~
2)對某些焊縫布置不對稱的結(jié)構(gòu),應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。8 R/ u1 e/ t7 q' Y. Z
3)依據(jù)不同焊接順序的特點(diǎn),以焊接程序控制焊接變形量。常見的焊接順序有五種,即:
1 }% e( ^- k5 ra.分段退焊法
5 k" J9 F5 b, P; K* |, B這種方法適用于各種空間的位置的焊接,除立焊外,鋼材較厚、焊縫較長時(shí)都可以設(shè)擋弧板,多人同時(shí)焊接。其優(yōu)點(diǎn)是可以減小熱影響區(qū),避免變形。每段長應(yīng)為0.5—1m。見圖2(f)& ~& c* \: Q- w, M
b.分中分段退焊法4 G$ _6 C+ z# l9 C: E  ^
這種方法適用于中板或較薄的鋼板的焊接,它的優(yōu)點(diǎn)是中間散熱快,縮小焊縫兩端的溫度差。焊縫熱影響區(qū)的溫度不至于急劇增高,減少或避免熱膨脹變形。這種方法特別適用于平焊和仰焊,橫焊一般不采用,立焊根本不能用。見圖2(g). ~3 m5 s. c( J+ a, @) R, M/ ]
c.跳焊法% a! u( o! y1 ]6 d# e8 [
這種方法除立焊外,平焊、橫焊、仰焊三種方法都適用,多用在6—12mm 厚鋼板的長焊縫和鑄鐵、不銹鋼、銅的焊接上,可以分散焊縫熱量,避免或減小變形。鋼材每段焊縫長度在200—400mm之間;鑄鐵焊件按鑄鐵焊接規(guī)范處理;不銹鋼和銅由于導(dǎo)熱快,每段長不宜超過200mm (薄板應(yīng)短些)。見圖 2(h)
) |- a- x4 M% M$ {- r1 W, {d.交替焊法: }( g4 X# R1 }  n* x9 A
這種焊法和跳焊法基本相同,只是每段焊接距離拉長,特別適用于薄板和長焊縫。見圖2(i)
7 _/ z7 F9 a& f' ue.分中對稱法
' }) B* o* \* R  U& ]這種方法適用于焊縫較短的焊件,為了減小變形,由中心分兩端一次焊完。見圖2(j)
+ K+ }. k! g- C' A: g. E3.剛性固定法
, G1 j0 Y- u7 I4 e0 s* t剛性固定法減小變形很有效,且焊接時(shí)不必過分考慮焊接順序。缺點(diǎn)是有些大件不易固定,且焊后撤除固定后,焊件還有少許變形和較大的殘余應(yīng)力。這種方法適用于焊接厚度小于6
/ Z2 Y* }' o5 T% zmm 及韌性較好的薄壁材料。如果與反變形法配合使用則效果更好。; _- s! h* _" P& ]2 s8 e
   對于形狀復(fù)雜,尺寸不大,又是成批生產(chǎn)的焊件,可設(shè)計(jì)一個(gè)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的專用焊接胎具,既可以防止變形,又能提高生產(chǎn)率。當(dāng)工件較大,數(shù)量又不多時(shí),可在容易發(fā)生變形的部位臨時(shí)焊上一些支撐或拉桿,增加工件的剛性,也能有效的減少焊接變形。
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 樓主| 發(fā)表于 2008-12-1 18:21:49 | 只看該作者

建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力與消除方法探索

3. 散熱法
9 j4 \/ H+ [  H0 w散熱法又稱強(qiáng)迫冷卻法,即將焊接處的熱量迅速散走,使焊縫附近的金屬受熱面大大減少,達(dá)到減小焊接變形的目的。圖 3(a)為水浸法示意圖,常用于表面堆焊和焊補(bǔ)。圖3(b)是散熱法示意圖,用紫銅作散熱墊,有的還鉆孔通冷卻水,這些墊板越靠近焊縫效果越好。但散熱法比較麻煩,且對于淬火傾向大的鋼材不宜采用,否則易裂。" F& u. D8 z' u5 V/ x5 i+ g
4. 錘擊焊縫法  |. M( Z8 y6 K# G; W% o/ |
錘擊焊縫法,即用圓頭小錘對焊縫敲擊,可減少焊接變形和應(yīng)力。因此對焊縫適當(dāng)鍛延,使其伸長來補(bǔ)償這個(gè)縮短,就能減小變形和應(yīng)力。錘擊時(shí)用力要均勻,一般采用0.5Kg—1.0Kg的手錘,其端部為圓角(R=3—5mm)。底層和表面焊道一般不錘擊,以免金屬表面冷作硬化。其余各道焊完一道后立刻錘擊,直至將焊縫表面打出均勻致密的點(diǎn)為止。  j$ A8 A: j5 s$ }  o4 D# ]
五、 常見復(fù)雜構(gòu)件防止變形的方法
; K" U! v( B7 a  O% T- h1. 鋼架的焊接
+ a8 Q0 l- `. ?2 j+ a  s鋼架焊接的關(guān)鍵問題,是如何保證強(qiáng)度和防止變形。從工藝上保證強(qiáng)度能適應(yīng)載荷的變化,其變形量不致影響安裝和使用的要求,因此:. z# z. H9 J+ O! K$ r0 D
1)焊縫的高度和長度,要按圖施工。裝配誤差要小,坡口要清理干凈。) C  o4 U* Z$ ^- q
2)鋼架的焊接一般先焊腹桿與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫,然后再焊上、下弦與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫,焊接順序不應(yīng)集中,而應(yīng)在節(jié)點(diǎn)間間隔跳開焊接(見圖4(a))。
( O/ ^+ }! k' p! x( }3)節(jié)點(diǎn)板與桿件之間的橫向焊縫不焊(見圖4(b)),各種焊縫應(yīng)盡量采用船形焊。
" m5 Y' g! ]+ O4 V1 g1 P" K2. 鍋爐集箱管接頭的焊接! r( j- N. s0 O& [
鍋爐集箱管接頭焊縫集中,又偏于一側(cè),焊后產(chǎn)生較大的彎曲變形,見圖5% ]( F5 g3 d" z6 _% }2 V
在圓筒上側(cè)有兩排共26個(gè)管接頭。采用跳焊的焊接順序可解決變形問題。先由一名焊工在第一根集箱上相隔2—3 個(gè)管接頭跳焊一個(gè)接頭。跳焊完第一根后接著又到第二根進(jìn)行同樣的跳焊。依次把6—10 根集箱跳焊過一遍后,再反過來從第一根開始跳焊第二遍,這時(shí)早已焊好的管接頭溫度已降低到40℃--50℃以下。這樣反復(fù)跳焊幾遍直到全部管接頭焊完。焊后雖然尚有2—3mm彎曲變形,但已在( r: T- R# w) J+ d4 G, i
公差范圍內(nèi),達(dá)到質(zhì)量要求。焊接應(yīng)力和焊接變形對構(gòu)件有哪些危害?焊接應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因,有以下三個(gè)方面:
  N2 r5 i6 J5 i+ g/ f& _3 O(1)熱應(yīng)力。焊接過程對被焊工件來說,是局部的不均勻加熱過程和不均勻冷卻過程。這種不均勻冷熱過程,會(huì)使工件中產(chǎn)生熱應(yīng)力。
& z' Q% O5 R; C(2)拘束應(yīng)力。由于構(gòu)件本身或外加的剛性拘束作用,使焊接時(shí)熱膨脹不暢,引起構(gòu)件產(chǎn)生拘束應(yīng)力。7 D7 U' i. Q, f+ l9 c
(3)相變應(yīng)力:焊接時(shí),接頭區(qū)域產(chǎn)生不均勻組織轉(zhuǎn)變而引起的應(yīng)力。
0 u9 [/ q8 G/ a   由廠焊接應(yīng)力的存在,使接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的塑性變形,稱為焊接變形。殘留在焊接構(gòu)件中的焊接應(yīng)力(又稱為焊接殘余應(yīng)力)會(huì)降低接頭區(qū)實(shí)際承受載荷的能力。特別是當(dāng)構(gòu)件承受動(dòng)載疲勞載荷時(shí),有可能發(fā)生低應(yīng)力破壞。對于厚壁結(jié)構(gòu)的焊接接頭、立體交叉焊縫的焊接區(qū)或存在焊接缺陷的區(qū)域,由于焊接殘余應(yīng)力,使材料的塑性變形能力下降,會(huì)造成構(gòu)件發(fā)生脆性破裂。焊接殘余應(yīng)力在一定條件下會(huì)引起裂紋,有時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品返修或報(bào)廢。如果在工作溫度下材料的塑性較差,由于焊接拉伸應(yīng)力的存在,會(huì)降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,縮短使用壽命。通常,焊件的焊接殘余變形和殘余應(yīng)力是同時(shí)存在的,有時(shí)焊接殘余變形的危害比殘余應(yīng)力的危害還要大。焊接殘余變形使焊件或部件的尺寸改變,降低裝配質(zhì)量,甚至使產(chǎn)品直接報(bào)廢。矯正變形是一件費(fèi)時(shí)的事,會(huì)增加制造成本,降低焊接接頭的性能。另外,由于角變形、彎曲變形和扭曲變形使構(gòu)件承受載荷時(shí)產(chǎn)生附加應(yīng)力,因而會(huì)降低構(gòu)件的實(shí)際承載能力,導(dǎo)致發(fā)生斷事故。( M1 k1 f( _# i! U  L2 r, o
鋼結(jié)構(gòu)手工電弧焊焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)) w, o* A4 [# F9 r% c$ q( k
范圍
4 f) B& `& U8 ]: A. S$ D5 J本工藝標(biāo)準(zhǔn)適用于一般工業(yè)與民用建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝手工電弧焊焊接工程。' J: D% H$ V, U& l, L0 N9 \
施工準(zhǔn)備
6 M8 i# g: j) m8 k: s2.1
1 R) x  z( c, i" A8 ?% b+ R7 {/ k. C  z材料及主要機(jī)具:; t$ P0 i0 b: f
2.1.1
$ _* a" j, O- U. ~1 L+ H" R電焊條:其型號按設(shè)計(jì)要求選用,必須有質(zhì)量證明書。按要求施焊前經(jīng)過烘焙。嚴(yán)禁使用藥皮脫落、焊芯生銹的焊條。設(shè)計(jì)無規(guī)定時(shí),焊接Q235 鋼時(shí)宜選用E43 系列碳鋼結(jié)構(gòu)焊條;焊接16Mn 鋼時(shí)宜選用 E50系列低合金結(jié)構(gòu)鋼焊條;焊接重要結(jié)構(gòu)時(shí)宜采用低氫型焊條(堿性焊條)。按說明書的要求烘焙后,放入保溫桶內(nèi),隨用隨取。酸性焊條與堿性焊條( I$ [0 M9 A9 H  ^  X% t) s5 R# o
不準(zhǔn)混雜使用。
8 u2 `/ H4 Y1 G7 B2.1.20 E" t6 H+ x+ V. ^; A2 @0 o/ D" Z
引弧板:用坡口連接時(shí)需用弧板,弧板材質(zhì)和坡口型式應(yīng)與焊件相同。
4 j4 `4 c) N5 F7 z, D! S2.1.3
7 l1 p0 F9 |9 G5 u6 @3 ^) u主要機(jī)具:電焊機(jī)(交、直流)、焊把線、焊鉗、面罩、小錘、焊條烘箱、焊條保溫桶、鋼絲刷、石棉布、測溫計(jì)等。
0 {1 j; ^( I7 V  x2.2 作業(yè)條件1 k$ [7 m# X9 x& R
2.2.1
2 `( M0 Z2 Q, y  l9 r4 Q: V& g; f9 j熟悉圖紙,做焊接工藝技術(shù)交底。" O6 h( x8 D# }& M2 Y- F4 `# z1 R7 e
2.2.2) t0 I/ |  U7 ^( X" b
施焊前應(yīng)檢查焊工合格證有效期限,應(yīng)證明焊工所能承擔(dān)的焊接工作。
( w# f% `  U1 Y/ j2.2.3$ B" @* R% w& l* Z# N  P) T# Z
現(xiàn)場供電應(yīng)符合焊接用電要求。
% k) z0 d- n6 `. D: F4 G( _2.2.4 環(huán)境溫度低于0℃
; B8 f7 F8 l# ~% L% f,對預(yù)熱,后熱溫度應(yīng)根據(jù)工藝試驗(yàn)確定。7 x: N% W6 P- {
操作工藝2 N! Y; n9 O' _3 n: F! j
3.1 工藝流程
/ ]! a# d4 \" t+ v8 r作業(yè)準(zhǔn)備 → 電弧焊接 (/ m, V7 O1 x- t$ f  r. l' U
平焊、立焊、橫焊、仰焊) → 焊縫檢查, |5 g9 ~' e9 M- }
3.2/ }: Y1 W$ h' [& R' R0 B
鋼結(jié)構(gòu)電弧焊接:; F$ t  N6 O& q
3.2.1 平焊5 l6 ]* _* W) M( C  u2 X7 v5 |
3.2.1.1; v7 S; x' m, R( F
選擇合適的焊接工藝,焊條直徑,焊接電流,焊接速度,焊接電弧長度等,通過焊接工藝試驗(yàn)驗(yàn)證。
2 g& [7 m; o/ t. v2 D) I' O3.2.1.2
2 w% h: l( G9 D6 `& P' b+ o清理焊口:焊前檢查坡口、組裝間隙是否符合要求,定位焊是否牢固,焊縫周圍不得有油污、銹物。
5 \6 w- k0 _0 d7 _8 V) f3.2.1.3
4 F" S, I! c: w  p# A0 S. t烘焙焊條應(yīng)符合規(guī)定的溫度與時(shí)間,從烘箱中取出的焊條,放在焊條保溫桶內(nèi),隨用隨取。
# t5 |" @* O* Y6 z4 n% t3.2.1.4
* x7 M# ]# }, J2 T! n) T& u7 t焊接電流:根據(jù)焊件厚度、焊接層次、焊條型號、直徑、焊工熟練程度等因素,選擇適宜的焊接電流。
* h8 {4 {! N$ r# s0 r  ]. k4 @! G3.2.1.5# j& [$ |5 E$ ]5 s
引弧:角焊縫起落弧點(diǎn)應(yīng)在焊縫端部,宜大于10mm,不應(yīng)隨便打弧,打火引弧后應(yīng)立即將焊條從焊縫區(qū)拉開,使焊條與構(gòu)件間保持2~4mm間隙產(chǎn)生電弧。對接焊縫及對接和角接組合焊縫,在焊縫兩端設(shè)引弧板和引出板,必須在引弧板上引弧后再焊到焊縫區(qū),中途接頭則應(yīng)在焊縫接頭前方15~20mm
, [2 Q  z2 L2 I8 z& S* o處打火引弧,將焊件預(yù)熱后再將焊條退回到焊縫起始處,把熔池填滿到要求的厚度后,方可向前施焊。
  X  g) L$ o$ a' j% X0 g3.2.1.6
; ^5 G; e/ ^  w焊接速度:要求等速焊接,保證焊縫厚度、寬度均勻一致,從面罩內(nèi)看熔池中鐵水
5 L& ^; r( @: H# W  E& R與熔渣保持等距離(2~3mm)為宜。; l4 P* Z  c5 J# A/ i) E+ S: |" v
3.2.1.79 W5 m1 [0 r* m1 n( s
焊接電弧長度:根據(jù)焊條型號不同而確定,一般要求電弧長度穩(wěn)定不變,酸性焊條一般為3~4mm,堿性焊條一般為2~3mm為宜。
: ]2 q1 a; E9 a% s$ Z7 o6 K8 R3 n& O3.2.1.8
+ A* V2 l* l  o  c焊接角度:根據(jù)兩焊件的厚度確定,焊接角度有兩個(gè)萬面,一是焊條與焊接前進(jìn)方向的夾角為60~75°+ B; [5 M3 i: D" D6 c2 P! W
;二是焊條與焊接左右夾角有兩種情況,當(dāng)焊件厚度相等時(shí),焊條與焊件夾角均為 45°;當(dāng)焊件厚度不等時(shí),焊條與較厚焊件一側(cè)夾角應(yīng)大于焊條與較薄焊件一側(cè)夾角。
- C! d5 I0 a9 u" a3.2.1.9% }, E/ e$ b: a8 b+ k1 x
收。好織l焊縫焊到末尾,應(yīng)將弧坑填滿后,往焊接方向相反的方向帶弧,使弧坑甩在焊道里邊,以防弧坑咬肉。焊接完畢,應(yīng)采用氣割切除弧板,并修磨平整,不許用錘擊落。
6 j4 J# r; c+ a' F/ R8 f3.2.1.106 E" o$ G7 A" t5 v  v+ o) X; ]
清渣:整條焊縫焊完后清除熔渣,經(jīng)焊工自檢(包括外觀及焊縫尺寸等)確無問題后,方可轉(zhuǎn)移地點(diǎn)繼續(xù)焊接。
7 i, ~. O% B4 b3.2.2( {- }! f2 k& M' K7 S- N
立焊:基本操作工藝過程與平焊相同,但應(yīng)注意下述問題:( r, C9 o4 H) _! G9 |) e# \
3.2.2.1
% w, ?( T8 \! F0 ]1 v* S在相同條件下,焊接電源比平焊電流小10%~15%。+ j# R+ ?6 l' V" a' g
3.2.2.2) \! ]  [/ M4 z- o
采用短弧焊接,弧長一般為2~3mm。6 X$ s" @2 }3 i( U/ M; O( ~3 T
3.2.2.3
( {! n9 E$ f+ O, }2 _0 h5 R  p0 i焊條角度根據(jù)焊件厚度確定。兩焊件厚度相等,焊條與焊條左右方向夾角均為45°;兩焊件厚度不等時(shí),焊條與較厚焊件一側(cè)的夾角應(yīng)大于較薄一側(cè)的夾角。焊條應(yīng)與垂直面形成60°~80°角,使電弧略向上,吹向熔池中心。
. ^7 N& c- T% l0 c# K3.2.2.4
( t9 \/ N$ }4 W# N8 J5 c- R收。寒(dāng)焊到末尾,采用排弧法將弧坑填滿,把電弧移至熔池中央;。嚴(yán)禁使弧坑甩在一邊。為了防止咬肉,應(yīng)壓低電弧變換焊條角度,使焊條與焊件垂直或由弧稍向下吹。. N6 U- }4 ^3 W; c. S$ P, w5 o: ?
3.2.33 x- {# _3 l& E2 m0 B. M. X6 m
橫焊:基本與平焊相同,焊接電流比同條件平焊的電流小10%~15%,電弧長2~4mm。焊條的角度,橫焊時(shí)焊條應(yīng)向下傾斜,其角度為70°~80°,防止鐵水下墜。根據(jù)兩焊件的厚度不同,可適當(dāng)調(diào)整焊3 U) G- z- Y, ?' a  I: V5 n4 z
條角度,焊條與焊接前進(jìn)方向?yàn)?0°~90°。
& z& }9 J8 T! \3.2.42 p* _% b4 m+ t1 ~! i, l' i7 s- M; T1 L
仰焊:基本與立焊、橫焊相同,其焊條與焊件的夾角和焊件厚度有關(guān),焊條與焊接方向成70°~80角,宜用小電流、短弧焊接。
5#
 樓主| 發(fā)表于 2008-12-1 18:22:39 | 只看該作者

建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力與消除方法探索

3.3
/ w6 `+ I5 u  y6 l- W3 S7 R冬期低溫焊接:! U5 ]  c" @5 j, a0 S* O( L
3.3.1 在環(huán)境溫度低于0℃7 `, L1 f/ g9 ~+ `( g- }; T
條件下進(jìn)行電弧焊時(shí),除遵守常溫焊接的有關(guān)規(guī)定外,應(yīng)調(diào)整焊接工藝參數(shù),使焊縫和熱影響區(qū)緩慢冷卻。風(fēng)力超過4級,應(yīng)采取擋風(fēng)措施;焊后未冷卻的接頭,應(yīng)避免碰到冰雪。3 [" M( W6 j; c
3.3.2% e9 Q1 F4 a* m. }
鋼結(jié)構(gòu)為防止焊接裂紋,應(yīng)預(yù)熱、預(yù)熱以控制層間溫度。當(dāng)工作地點(diǎn)溫度在0℃以下4 A, Z/ }0 s4 m. _, o( c
時(shí),應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn),以確定
4 ]- ^" i/ O5 i3 o# B/ |( [適當(dāng)?shù)念A(yù)熱,后熱溫度。* ]* J  ?0 a/ Z) x; l5 D* k6 M
質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)+ Y- y9 m/ `6 \7 Q0 N4 _, v
4.1 保證項(xiàng)目
1 l* u3 d% M, ^; s4.1.1! {7 _% s  P8 p
焊接材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,應(yīng)檢查質(zhì)量證明書及烘焙記錄。% K" [. I& P5 l3 ^
4.1.2
8 }. ^- C- J7 |; W) u& ~/ B' ~焊工必須經(jīng)考試合格,檢查焊工相應(yīng)施焊條件的合格證及考核日期。4 v- F6 w+ t  S" K) ^4 f# g. o
4.1.3 Ⅰ、Ⅱ3 J5 f3 [' R; H$ v! R1 {. E
級焊縫必須經(jīng)探傷檢驗(yàn),并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和施工及驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定,檢查焊縫探傷報(bào)告。
  v4 }$ w* ]( j% Z1 \- j: ?4.1.4 焊縫表面Ⅰ、Ⅱ2 V# }  q' q2 d" c' X0 t
級焊縫不得有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑等缺陷。Ⅱ級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑、裂紋、電弧擦傷等缺陷,且Ⅰ級焊縫不得有咬邊、未焊滿等缺陷。
$ {& e& y* [: Z( g6 i4.2 基本項(xiàng)目
* U+ y6 Y3 H. B; S* N. c0 q4.2.1
9 p2 s+ F) e  y' M! s焊縫外觀:焊縫外形均勻,焊道與焊道、焊道與基本金屬之間過渡平滑,焊渣和飛濺物清除干凈。# l; {& v- ^& q( g" I/ H
4.2.2
, l* i8 U) w, |9 R! h9 b. ?' F( I表面氣孔:Ⅰ、Ⅱ級焊縫不允許;Ⅲ級焊縫每50mm 長度焊縫內(nèi)允許直徑≤0.4t;且≤3mm 氣孔2個(gè);氣孔間距≤6倍孔徑。* Q. G. g& t" C" O9 b
4.2.3# L. U, U* l) o5 d
咬邊:
# t: g3 |& K- J: HⅠ級焊縫不允許。7 D/ Q4 N5 J& |( e( Z( ?
Ⅱ級焊縫:咬邊深度≤0.05t,且≤0.5mm,連續(xù)長度≤100mm,且兩側(cè)咬邊總長≤10%焊縫長度。
' t. Y( A* o8 I4 u  Q0 AⅢ級焊縫:咬邊深度≤0.lt,且≤lmm。注;t為連接處較薄的板厚。
1 u! A4 b" m. R" P# U& K4.3
$ Q' }1 |5 q$ A; c允許偏差項(xiàng)目,見表5-1。+ H+ B" g2 q: Q; G$ X" e  U2 U1 ]) g: a
表5-1項(xiàng) 允許偏差 (mm) 檢驗(yàn)次 Ⅰ級 Ⅱ級 Ⅲ級 方法' F3 j8 B5 T; ?8 J  N- F
焊縫余高 b<20 0.5~2 0.5~2.5 0.5~3.5# N: u( D2 n6 c& v( c( g$ ^
1 對接焊縫 (mm) b≥20 0.5~3 0.5~3.5 0~3.5 用<0.1t 且 <0.1t 且 <0.1t 且 焊不大于2.0 不大于2.0 不大于3.0焊角尺寸 hf≤6 0~+1.5 縫0 z( u8 V+ y2 N2 X. Q% a/ V
2 角焊縫 (mm) hf>6 0~+3 量/ D- P4 K+ `, b; S1 o* x
焊縫余高 hf≤6 0~+1.5 規(guī)(mm) hf>6 0~+3 檢
( K( O/ s. {5 r& H$ j* _3 組合焊縫 T' E* Z- A2 t* {2 v. x' g4 V$ W
形接頭,十字接頭、角接頭 >t/4 查焊角尺寸 起重量≥50t,中級工作制吊車梁T 形接頭 t/2 且≯105 e# `+ M( d2 j& d0 {- f
注:b為焊縫寬度,t為連接處較薄的板厚,hf為焊角尺寸。
( t2 H  M% }2 O2 @成品保護(hù)* v" A7 N- x; R  v" Q3 J; T
5.1& q* Z0 N, C8 [! c( K8 ^7 z
焊后不準(zhǔn)撞砸接頭,不準(zhǔn)往剛焊完的鋼材上澆水。低溫下應(yīng)采取緩冷措施。' T/ }* a# C) m0 m. N: o; Z! n
5.2& Y- y& C% M' [) ?
不準(zhǔn)隨意在焊縫外母材上引弧。. h. M' d; y- L' f& y- [2 c
5.38 H" @; L4 d# _9 |
各種構(gòu)件校正好之后方可施焊,并不得隨意移動(dòng)墊鐵和卡具,以防造成構(gòu)件尺寸偏差。隱蔽部位的焊縫必須辦理完隱蔽驗(yàn)收手續(xù)后,方可進(jìn)行下道隱蔽工序。" u7 ]0 S0 B3 x9 z0 B
5.4
2 w" Z+ m# l! f  R% l! q" [! v低溫焊接不準(zhǔn)立即清渣,應(yīng)等焊縫降溫后進(jìn)行。8 |3 m6 E7 |2 y, ~/ }. [
應(yīng)注意的質(zhì)量問題: T' K. \9 g$ X( }8 G' M
6.1
6 n# N& w! m' C1 e9 ^尺寸超出允許偏差:對
* e0 N* h4 \' e' u' p0 \" I焊縫長寬、寬度、厚度不足,中心線偏移,彎折等偏差,應(yīng)嚴(yán)格控制焊接部位的相對位置尺寸,合格后方準(zhǔn)焊接,焊接時(shí)精心操作。, `3 i$ @* O4 `6 w' u
6.2: ?* {. @9 @1 \% P: c. N
焊縫裂紋:為防止裂紋產(chǎn)生,應(yīng)選擇適合的焊接工藝參數(shù)和施焊程序,避免用大電流,不要突然熄火,焊縫接頭應(yīng)搭10~15mm,焊接中木允許搬動(dòng)、敲擊焊件。
2 U& ?; \- w/ k- u# m6.3
8 m# Q5 e/ }/ x表面氣孔:焊條按規(guī)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行烘焙,焊接區(qū)域必須清理干凈,焊接過程中選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏,降低焊接速度,使熔池中的氣體完全逸出。" E( \( S# Z1 g- d) @. F/ H/ K4 P
6.4
. ~6 n( T& W; D& r9 J, M! i焊縫夾渣:多層施焊應(yīng)層層將焊渣清除干凈,操作中應(yīng)運(yùn)條正確,弧長適當(dāng)。注意熔渣的流動(dòng)方向,采用堿性焊條時(shí),上須使熔渣留在熔渣后面。
2 Y' @4 e; \( h) W質(zhì)量記錄
' y% \8 o0 ]9 X( F本工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具備以下質(zhì)量記錄:
+ p. \  Z' T8 o: J0 w7.1, l& `: n- q$ g8 q  T
焊接材料質(zhì)量證明書。
, |) A5 n, b* X/ I! c5 ?8 u7.2
" P2 ?, b' z8 X6 s- H2 c$ Y* r1 U焊工合格證及編號。. S. M8 d6 z( l3 E" e
7.3
% y/ U  U4 f  H2 a6 P* M- d0 R7 p" K; V焊接工藝試驗(yàn)報(bào)告。5 H2 T9 s! r* H6 U# C
7.49 {5 E! q( z' F/ ~
焊接質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、探傷報(bào)告。. L" l- g4 Q1 _( t1 t* Z" D
7.5
* m* j. k! m$ y/ C/ z. u( _- }設(shè)計(jì)變更、洽商記錄。+ Q1 P2 v( C2 s
7.6% r' S  k  X3 U: l
隱蔽工程驗(yàn)收記錄。
* m% P% t5 p3 j" e' d7 G4 z7.7
- P* u- E. _4 O8 R6 \1 ~其它技術(shù)文件。
6#
發(fā)表于 2008-12-5 22:20:25 | 只看該作者
不錯(cuò),學(xué)習(xí)了
7#
發(fā)表于 2008-12-6 09:38:28 | 只看該作者
內(nèi)容較全,實(shí)用。參考使用。
8#
發(fā)表于 2009-5-21 20:45:56 | 只看該作者
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí),是看到精僻內(nèi)容,不錯(cuò)
9#
發(fā)表于 2012-1-29 21:36:03 | 只看該作者
好 真的不錯(cuò)
2 W8 d7 r$ T0 L+ l' e+ H' M
7 `$ X1 t. g/ f$ H1 m9 m8 m" S  O& I+ F8 |: d9 s1 B2 g! A! a$ J

; f: r0 [" y$ a4 l% o: r& i, _, v" Z5 }) I2 c" o3 o
10#
發(fā)表于 2012-1-30 07:34:29 | 只看該作者
很厚道,不用花錢就可以看到,內(nèi)容較全,實(shí)用,謝謝。
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