薄板結構件焊接變形的控制與矯正

一、前言

薄板結構件一般指由厚度不大於4毫米的鋼板(包括不鏽鋼板、鍍鋅板、白鐵皮)組焊而成的結構件。如我廠生產的壓輪鑽機機棚,司機室,電鏟司機室均屬此類。控制與矯正薄板結構件的焊接變形需要有高超的技術,是我廠生產的軟肋。下面就我們達成的共識進行探討,限於水平,僅供參考。

二、焊接變形產生的原因

電弧焊是一個不均勻的快速加熱和冷卻的過程,焊接過程中及焊後,焊接構件都將產生變形。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件的剛性條件。在焊接過程中的熱變形受到了構件剛性條件的約束,出現了壓縮塑性變形,這就產生了焊接殘餘變形。

(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,將產生不同的溫度場,形成的熱變形也不相同。一般來說,自動焊比手工焊加熱集中,受熱區窄,變形較小。CO2氣體保護焊焊絲細,電流密度大,加熱集中,變形小。

2.焊接參數。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個參數中,電弧電壓的作用明顯,因此低電壓高速大電流密度的自動焊變形較小。

3.焊縫數量和斷面大小。焊縫數量越多,斷面尺寸越大,焊接變形越大。

4.施工方法。連續焊、斷續焊的溫度場不同,產生的熱變形也不同。通常連續焊變形較大,斷續焊變形最小。

5.材料的熱物理性能。不同的材料,導熱係數、比熱和膨脹係數等均不相同,產生的熱變形也不相同,焊接變形也不相同。

(二) 影響焊接構件剛性係數的因素

1構件的尺寸和形狀。隨著構件剛性的增加,焊接變形越小。

2胎夾具的應用。採用胎夾具,增加了構件的剛性,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,對控制構件的焊接變形有很大的影響。

一般來說,焊接構件在拘束小的條件下,焊接變形大,反之,則變形小。

三、薄板結結構焊接變形的種類

任何鋼結構的焊接變形,可分為整體變形和局部變形。整體變形就是焊接以後,整個構件的尺寸或形狀發生的變化,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後構件的局部區域出現的變形,包括角變形和波浪變形等。

四、控制薄板結結構焊接變形的原則與方法

焊接過程中的熱變形和施焊時焊接構件的剛性條件是影響焊接殘餘變形的兩個主要因素。根據這兩個主要因素可以認為焊接殘餘變形是不可避免的,即完全消除焊接變形是不太可能的。控制焊接殘餘變形必須從薄板結構件設計和施工工藝兩個方面同時採取措施。

在薄板結構件設計上除了要滿足構件的強度和使用性能外,還必須滿足構件製造中焊接變形最小及耗費勞動工時最低的要求。因此優化板縫佈置尤為重要,設計圖紙中的板縫佈置往往對工藝性考慮不周 ,容易引起焊接變形。

焊接工藝是鋼結構施工中的重要工藝之一。合理的焊接工藝是減少焊接變形,減少應力集中的有效方法。

為了控制構件焊接變形,應儘可能採取有效措施,如:將構件分為若干小部件與構件分段,使焊接變形分散在各個部件上,便於構件變形的控制與矯正;使各部件焊縫的佈置與構件分段截面中性軸對稱或接近截面中性軸,避免焊接後產生扭曲和過大的彎曲變形;對每一條主要焊縫,儘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佈置;儘可能採用寬而長的鋼板或能減少焊縫數量的結構形式,等等。

控制薄板結構件焊接變形的工藝方法有:

(一)在無裝配應力強制下進行構件裝配;

(二)採用自動焊和其它氣體保護焊工藝;如最先進的

Ar+CO2混合氣體MAG保護焊。

(三)合理選擇焊接規範參數和裝配焊接順序。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)。先焊短焊縫後焊長焊縫,採取分段退焊,由內向外依次進行。

(四)儘可能合理運用剛性固定法,反變形法。

五、薄板結構件焊接變形的矯正

鋼結構的建造過程中,儘管在其構件設計和施工工藝上採取措施來控制焊接變形,但由於焊接過程的特點和施工工藝的複雜性,產生焊接變形仍是不可避免的,因此,對出現超出設計要求的焊接變形必須進行矯正。

矯正工藝只限於矯正焊接構件的局部變形,如角變形、彎曲變形、波浪變形等等,對於構件結構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預放餘量來補償。

採用機械矯正法校正鋼結構容易引起金屬冷作硬化,消耗材料一定數量的塑性儲備,只能用於塑性良好的材料,實際生產中,機械矯正法矯正過程中可能使用專用的大型油壓機、摩擦壓力機矯正。

採用火焰矯正法校正鋼結構,矯正冷卻後,焊接構件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形,使整個焊接構件變形得到矯正。火焰矯正法同樣要消耗材料一部分塑性,對於脆性材料或塑性差的材料要謹慎使用。要適當控制火焰加熱的溫度,溫度過高材料機械性能降低,溫度過低使矯正效率降低。由於冷卻速度對矯正效果不產生任何影響,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。

綜上所述,鋼結構製造過程中,焊接變形是不可避免的,只能採取有效的方法、措施控制焊接變形,並對超出公差要求的焊接變形進行矯正,從而既滿足鋼結構質量要求,又滿足經濟性要求。