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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 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
轉(zhuǎn)載2008-12-1
8 I' Z# M& W  O7 j+ N. `. |
摘 要:
' O2 P% N, A* a8 d, \本文介紹了建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果及控制殘余應(yīng)力的意義,以詳實(shí)的
6 S. A8 T+ \9 r5 J0 L- G; w- L' Q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: b  J. F& U2 S8 e
工藝的建議。
& e0 D4 E' A& G# `* n關(guān)鍵詞:6 P/ `% Q( `  d( G
建筑鋼結(jié)構(gòu);焊接;殘余應(yīng)力;時(shí)效) M' S1 w% Y( d+ Z) y/ M
前言5 v5 o" h; N0 a  B1 ]5 ~
0  K9 w: i4 O# u2 W. r* K& n
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(wèn)題。隨“奧運(yùn)”和“世博”工程的推展,我國(guó)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(wàn)噸的單體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度級(jí)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(shì)對(duì)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(cè)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。% ~& r( W7 v  B2 |
1 建筑鋼結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力
: Z, G* l( x' j) ~7 i! S( Z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)?br /> . R  p, k. I, F8 I- Z: o1 y例,鋼號(hào)為Q345B,σs=345MPa。其先在工廠進(jìn)行箱型分段焊接,然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼焊。采用盲孔法對(duì)拼焊殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果如表1:
; H" b. }5 [2 n4 `表1 蘊(yùn)藻浜大橋現(xiàn)場(chǎng)焊后殘余應(yīng)力. v6 G! w' _+ }! v6 p0 Y7 U! R
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
8 M7 c. {+ Y1 R上表面埋弧焊縱縫 極值 315 -95 133 77 287
" i7 P: t. j: z  |: j平均值 157 2 78 64 94" i5 a: ^4 |2 L4 l! w% h/ n
下表面手工焊縱縫 極值 81 -74 79 48 -34! r' f+ b3 A* M7 I
平均值 62 -46 54 31 -15  @) I  O0 Q& H7 e5 d& H3 s4 q
人孔封板手工焊縫 極值 261 94 79 232 133, n. m# b$ j: r+ m9 R4 I( o
平均值 184 103 41 173 114- e& m; V. c  e9 P) d6 v; x
表1
5 o8 n' B0 P* e3 q; J# y. f: U1 }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(guò)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。
; _; `9 w5 l0 |, H; h& z3 j4 a2 建筑鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的消除工藝1 t: L& C6 W! P
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)。
8 a+ e5 X: ~6 f6 e1 O. z2.1 熱時(shí)效5 H6 I( p! j4 O. S  @9 o" p8 A
表2 金茂大廈轉(zhuǎn)換柱熱時(shí)效消應(yīng)力效果分析表6 @' e  A( \9 _
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
- S- @3 P: E7 F' s" Z熱處理前平均值 135 51 58 128& @2 y. c- d" H
熱處理后平均值 79 16 30 64
# M% C0 k6 \: f- l熱處理前后差值 56 35 28 64
/ ^# N, C+ }8 A2 `變化率(%) 41 68 48 506 q0 w7 _# Q5 N+ ~
對(duì)重要焊接構(gòu)件先進(jìn)行整體熱時(shí)效,然后在現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(chǎng)拼焊。采用盲孔法殘余應(yīng)力測(cè)量技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換柱熱時(shí)效工藝效果的評(píng)定結(jié)果見表2。/ z0 z+ g$ v3 f+ m- ~
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(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)而言,現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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。, L. X" T, Z. h  y2 {
2.2 TIG 重熔
( D; h% m3 }; d4 K, C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(duì)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(zhǎng)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(duì)其拘束模擬焊接試板焊縫TIG 重熔前后的殘余應(yīng)力,通過(guò)X
# g/ J# k: @3 z: ], m( r+ N射線方法進(jìn)行測(cè)量,測(cè)定結(jié)果見表3。
由此可見:TIG重熔對(duì)于焊縫的縱向殘余應(yīng)力改善不明顯,殘余應(yīng)力絕對(duì)值下降不大;但對(duì)于縱向殘余應(yīng)力的均勻分布有一定效果。但對(duì)橫向殘余應(yīng)力有明顯的改善效果,殘余應(yīng)力絕對(duì)值下降明顯而且分布趨于均勻。考慮到. v! `7 P/ l" |3 m+ a% _
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。9 z. {, e) d( l2 v
表37 T$ ^2 t$ ?; o0 O3 ?* i# B; @
重熔前后殘余應(yīng)力均值對(duì)比(材料:Q345;單位Mpa)
! n. s9 N$ T# B, e縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力編號(hào) 重熔前 重熔后下降量% 重熔前 重熔后下降量%$ I* H3 t: K( w* j! ?( N+ J/ K4 R
1 209 199 5.0 56 57 -2.3! e$ J5 y! t( A$ S. U9 M
2 206 240 -16.4 59 64 -8.0( ~# E* f3 K+ |; k( s. b$ a. \- k, s
3 236 213 9.6 -57 29 -150.91 T; j! k3 p* p% x. k0 h& r* a
4 265 245 7.7 259 84 67.5$ H( B: c: B7 o! [' N8 B! Z
5 189 201 -6.4 206 114 44.6) [9 C% }" _) J1 X* z; [
6 221 219 0.7 105 70 33.4
/ ?! D4 l- d7 q9 G- R" p% b表4 典型焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效的效果
3 e, h0 }- N. p/ t. j" D+ D2.3
" b4 m3 Y. X( E) G9 Y% `/ k振動(dòng)時(shí)效(VSR)3 K) S! w+ s9 j, D2 x
振動(dòng)時(shí)效是對(duì)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(guó)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(guó)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(jiǎn)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(chǎng)地的限制,. J3 v' }1 g/ M% {# v. u: f9 c. F/ B1 K
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?cè)O(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
$ @3 |; m; D% n3 F& N4 Y動(dòng)時(shí)效的效果分析見表4。. Q, f3 o$ `: J5 R# h5 Y) j# x
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(duì)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(guò)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,7 z- V1 ?- 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。
" l4 w7 i+ f8 B; ^: j1 A6 W2.4
& P4 ^# M" \3 K$ s; U- G1 L! d振動(dòng)焊接(VW or VCW)
( f8 w, N/ t7 v" I9 A4 u振動(dòng)焊接又稱振動(dòng)調(diào)制焊接、隨焊振動(dòng),是目前國(guó)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?cè)械暮附庸に嚕辉诤附舆^(guò)程,通過(guò)一個(gè)幾百瓦的小激振器對(duì)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(shì)必對(duì)焊接熔池和熱影響區(qū)產(chǎn)生一定的作用:
: I0 w2 h' `& K0 n
7 _: ?! e2 M, e- H+ P8 N* I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%
; ~- Z: q! P2 X2 k- F200 噸級(jí)行車大梁 Q235 29000*3200*2000 13-22
% s* R" g2 a2 j/ \& s4000 噸級(jí)鍛機(jī)上橫梁 Q235 130 噸 29$ l' [/ Q7 Z) ]3 O2 b( e9 U
港口起重機(jī)卷筒體 Q345 D1400*13800δ50 30-56; B4 \; W6 o7 |# t$ Q3 \
核聚變?cè)囼?yàn)裝置底板 304L D7800 δ90 31) M9 l4 B4 X* b" b% T, n; F
300MW 火電機(jī)架 20G D2900*3400 22-49
2 a( S6 p% c% z- A磁懸浮交通功能件 16Mn+軟磁鋼 3000*500*450 31% P% k8 B$ f4 {" p& m0 A7 B  z
$ V1 H5 Z. ~5 t( B. M/ l9 N
在結(jié)晶過(guò)程振動(dòng)可細(xì)化晶粒,使焊縫的力學(xué)性能得到提高。
  |& R# C' b  ]; v" J% B! e⑶溫度大于600℃的區(qū)域,材料在強(qiáng)度逐步恢復(fù)的冷卻過(guò)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。
4 g: {/ S: q% q5 [3 @7 i/ C表5 是對(duì)BB503 厚板(90mm)電渣焊采用振動(dòng)焊接的應(yīng)力測(cè)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(duì)Q235材料焊接的H型輕鋼(H900X200X6/8,長(zhǎng)6m)的試驗(yàn)表明,振動(dòng)焊接可使焊接變形下降21-32%。/ N; p; _! u  G* }
表5 BB503 厚板振動(dòng)焊接的殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果
* }0 U: u8 \0 A  Y1 O0 ?$ z% ^8 Q& q工藝 最大主應(yīng)力 最小主應(yīng)力 縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力
7 n: |. [! K: {3 e7 Q% }0.6gVW 極值 209 -92 206 85) n8 T$ E* y: \+ ?3 {' ?
平均值 117 -16 109 -8& I$ w$ d2 p/ _& W6 Q& l8 |
0.3gVW+0.6gVSR 極值 81 -121 64 24) }5 Y/ S( T8 y7 _* ?( w
平均值 37 -47 28 -39
) y9 A( W7 _2 i8 g9 [國(guó)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(jiǎn)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。基于振動(dòng)焊接的優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)重大工程中,對(duì)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?cè)囼?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。) y+ _! v" f, P4 t; \
2.5 超聲沖擊與錘擊
7 @4 e* y$ b% C5 V/ W4 {' X3 U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(guó),已在北京電視臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)立柱上進(jìn)行過(guò)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(duì)焊趾和焊縫表面進(jìn)行沖擊;試驗(yàn)表明:. j, {* @+ D* m# N& Q$ n. s, t8 j4 x

; `1 O; e# \0 h$ l1 _5 W4 x5 G7 b, C超聲沖擊對(duì)一定深度的表層有消應(yīng)力的效果,在采用對(duì)焊道全覆蓋沖擊時(shí),被沖
5 V# ^. N' k* U' ]擊的表面會(huì)形成壓應(yīng)力,對(duì)2~4mm 深度層消應(yīng)力效果可達(dá)34~55%。) Y1 R8 ?/ a1 o" l% w6 N

+ w. e5 ~* ]+ R( d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(duì)提高接頭的疲勞壽命有明顯作用。! J4 n1 W  }! ]9 M8 B

/ G: k' T4 J+ p! l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。可作為其它消應(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(guò)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范,我國(guó)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(duì)周邊干擾大,勞動(dòng)強(qiáng)度高,往往作為補(bǔ)充、應(yīng)急工藝。/ r( Q& u6 d7 b
2.6 爆炸法工藝7 s6 C, Z; M& U3 @! N6 q1 U7 J
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。
* N5 w: w5 }* M' C6 `7 G, ^
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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5 Z' X. Z) d, l6 p) z, G8 Z$ m1 m

# w5 v6 {, x' w. G: m2 S- d: E2 s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(duì)安全性及使用壽命帶來(lái)好處。( b* U, C; g2 w& ?( y
9 b  s( x+ ?9 ]' A7 q& k5 }1 u
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(chǎng)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(chǎng)拼焊控制殘余應(yīng)力的要求。
  T) Z% a1 H1 {9 m, a
* t. d, W! y6 z- U+ I5 m; \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)。
; l& V& {6 H; Q; p0 K( B8 y
7 `9 Q' B8 T% g& e3 ?, R我國(guó)的振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接技術(shù)在國(guó)際上占領(lǐng)先地位;這兩種工藝對(duì)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)。% J9 }# l% k$ D
參考文獻(xiàn):
9 H- |4 T9 w9 M" k& Q2 i[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(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.: G6 S" [$ G7 K9 M+ [7 W* R
焊接應(yīng)力- p) O& W  M/ S3 C. W* M
一、焊接殘余應(yīng)力的分類: c' C7 A# _! x$ T
1
% |  X3 F$ q! `* v% X) i8 p.根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)劃分:拉應(yīng)力、壓應(yīng)力
8 U) _& {4 u$ `4 ^: e7 _29 m5 l% p6 z$ `- S9 N9 v: l
.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! o/ l5 [* J. b, q9 T9 G1 U# ]
3# ~  k6 s% d4 w+ d
.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- o& c- H! ?9 C$ c) t' I
4- q7 \8 @! X! L  Q9 p9 V2 q7 D; e0 R
.根據(jù)應(yīng)力在焊接結(jié)構(gòu)中的存在情況劃分:?jiǎn)蜗驊?yīng)力、兩向應(yīng)力、三向應(yīng)力8 @: n- @; t, V, d5 {0 B. F' I
5
8 @; t4 A! ?% C2 ]( [+ c" 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
2 H; ]$ [6 i" q0 ]二、焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律/ e: b# C. h* b1 }. T- I, H
1
+ z/ a) m6 C2 O1 ]( z.縱向應(yīng)力бx 的分布
1 t# ]2 m9 u/ ~& q  Xбx 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
2 z* f9 J4 M/ e2 j. E& s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
7 ~4 }7 _1 }' c越小,接近于板邊堆焊的情況;δ/h越大,接近于等寬板對(duì)接的情況。
9 f; t) ^! |' Z% }4 b+ v: I5 N* A2
: e$ \) |2 |$ W1 F9 N! R' `! C.橫向應(yīng)力бy 的分布 бy =бy′+бy″бy′:( ], B5 I7 b, Q5 X1 ^/ `2 f; G
焊縫及其塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力;бy″:7 J, _' x3 v. p. X6 Q) [1 ?5 C
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。
, M8 T+ i* H$ q* E2 [! I+ r( T3+ ?# J4 h+ \5 N+ o
.特殊情況下的焊接殘余應(yīng)力1 \- L/ h8 W6 ]- ~! o9 A
① 厚板中的焊接殘余應(yīng)力
( Y1 v6 g+ `8 ]/ Z② 拘束狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力4 {! f9 b" G$ J  i5 s0 E& Y
③ 封閉焊縫中的殘余應(yīng)力
2 N  v8 H% J7 w9 r- W④ 焊接梁柱中的殘余應(yīng)力; `. l1 q! ]  p* j
⑤ 焊接管道中的殘余應(yīng)力
6 z# k% o; ?& i5 C& l* u/ z三、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響( ?. B+ ]  V: E7 q- v# r# J
1
# I' L' C* d  G3 v' b.對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響! ^1 B% _& h& |  s$ Q& ?
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(duì)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(guò)程中6 G7 M$ H& H; `) I( j7 R2 \- H
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(duì)脆性材料的靜載強(qiáng)度有較大的影響。
6 i6 H! E( t3 v7 c* |& l6 z2# s% ?. O2 S8 _/ X: Q$ T5 r# x2 Q
.對(duì)構(gòu)件加工尺寸精度的影響- L8 `) T- U. l# E; T& L0 \) D
3
; S0 }/ J( G- s" L; T! \1 k% p! m.對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響
4 W7 q2 Y8 ^2 D! b8 _" a' ?四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施
1 ], Q2 P; D0 M0 q8 q* C7 A一般來(lái)說(shuō),可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手:
# [7 ?( d& O$ V1 z. l1
5 P# x# N! z+ w, e! a  i.設(shè)計(jì)措施
4 Y+ [5 ^3 K9 H# s9 U6 L- J
1 |% t( ^) G; c7 b' G' q0 [盡可能減少焊縫數(shù)量;
# ]1 Z3 _- w' I
4 R+ V6 k3 `$ }  U* F合理布置焊縫;8 J) U' j6 J& g! `0 ~

7 j! s/ N' b4 g. B) d( I采用剛性較小的接頭形式。
3 d/ q1 K  Q" g) Z( q7 r3 t! J26 A$ E1 f& @/ D1 u0 y
.工藝措施; X9 S7 U+ |3 N8 Y! U
(1
. l! p/ Z9 O) _" N5 ~4 S% F)采用合理的裝配和焊接順序及方向$ ?" L8 s& L6 t* E

, A1 m1 X; K6 H1 }鋼板拼接焊縫的焊接;" e" s, y( V3 ?$ T' b0 G3 R6 G1 @

' t4 e$ Q0 o6 ]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) L! A4 C7 k  B- C4 w
焊縫;
3 \: k% I/ ~: S/ R% f6 l$ K& G
) n: d* ~4 u6 P$ E4 G- E對(duì)工作時(shí)受力較大的焊縫應(yīng)先焊;7 y, S1 T# V1 c1 ?" k2 ]
/ `; S/ L( O  s  T5 q* C
平面交叉焊縫的焊接。
$ P9 s/ U0 g7 V, u$ T0 L8 \(20 V3 O* t+ l, L6 h
)縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差
7 p; p4 D( i+ o1 o" q- N+ C(預(yù)熱法、冷焊法)
: w. K" V  C4 |6 k' p3 g* a(3
! T5 x) E* r+ V' v1 T)加熱“減應(yīng)區(qū)”法* d/ Z) a, O3 z- u
(4* n- z  R) {0 D8 Z
)降低接頭局部的拘束度) ~9 l# C  H8 W$ \+ R) @
(52 `' i  _- }3 H0 e
)錘擊焊縫
6 d: K6 d/ N. o. _五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法0 p- a0 k/ w7 C2 v# |. C4 {0 h
1
- L: n# ?8 E- X/ g3 G.熱處理法
$ l# T. A$ \2 E+ H6 P& w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(lái)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。" d% U* b8 U( M" O% b1 @) V+ @
(1)整體熱處理
) R3 e4 p: G3 l7 L4 n整體爐內(nèi)熱處理、整體腔內(nèi)熱處理' [4 w. b) u  o" j% u2 W
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(zhǎng)不超過(guò)3h。
8 N+ ~2 U+ v5 K9 ^; y碳鋼及中、低合金鋼:加熱溫度為580~680℃;
' A7 k9 R" [0 s: D& b$ j鑄鐵:加熱溫度為600~650℃。" w8 F# }+ e6 y, S- Z7 g7 m/ L# X; e
(2)局部熱處理" Q+ S2 {7 j' O2 h+ N
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)。2 P( y7 d, K6 u7 M
2
  p8 c( b. C/ }3 H" S" M.加載法% L/ U3 B6 l# ?
加載法就是通過(guò)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。
8 j  v- ~. F# G4 [3 ](1)機(jī)械拉伸法- Y; B1 d: q, W9 e
(2)溫差拉伸法
9 U4 s! [/ L4 ?7 u7 G; O(3)振動(dòng)法0 }0 s4 n  T, [
六、焊接殘余應(yīng)力的測(cè)定9 e: g% ?2 T* I' s6 _7 X! M3 j0 @
目前,測(cè)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。( z) z* X1 L6 U
1
5 q. w% f) y4 W" j! l2 w" O.機(jī)械方法& U, E) w5 ?/ J4 E, x- }  }. [
利用機(jī)械加工將試件切開或切去一部分,測(cè)定由此而釋放的彈性應(yīng)變來(lái)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。8 ]# q' ~* C$ m( V
2; }) h9 n' V" y! {3 ~$ p! ^
.物理方法* Q7 u+ b$ e  y8 p' h
是非破壞性測(cè)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。
$ C4 _' Y  [# T$ z- Z8 F- @(1)磁性法是利用鐵磁材料在磁場(chǎng)中磁化后的磁致伸縮效應(yīng)來(lái)測(cè)量殘余應(yīng)力的。
( g0 ?9 p, i$ S: o(2)X 射線衍射法是根據(jù)測(cè)定金屬晶體晶格常數(shù)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變化來(lái)測(cè)定殘余應(yīng)力
2 O& O8 A, ?5 }' L, I% n的無(wú)損測(cè)量方法。; P/ ~' x, w0 ~  f; X" i
(3)超聲波法是根據(jù)超聲波在有應(yīng)力的試件和無(wú)應(yīng)力的試件中傳播速度的變化來(lái)測(cè)定殘余( `, p8 G; e- l% w" ~, ^
應(yīng)力的。
+ F2 ~$ A: P8 X1 u, i焊接應(yīng)力的控制及消除
- K& g- F0 A8 n& L高 紅, 曲金萍, 劉風(fēng)山, 龔幫軍, 馬 艷
8 Y2 Z/ E/ u/ }" b(鐵煤集團(tuán)公司大興煤礦, 遼寧調(diào)兵山112700)
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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(guò)對(duì)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。3 y5 E, ?# f( l) g& }
關(guān)鍵詞:焊縫; 焊接應(yīng)力; 溫度
5 m0 A4 r2 G! ~6 T+ Z0 前 言& i4 o' N3 {) B! S, x' p
在對(duì)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(duì)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(guò)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, u6 g) U( H' E; E2 s) [$ J2 i
接質(zhì)量。
0 {7 L# a! S0 b% y1 ]1 控制焊接應(yīng)力的方法
: M9 j  G# `- @( A/ x1.1 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。
. g( ]2 z6 _7 N- z2 d% F) x6 p1.2 合理的焊接順序法
4 i" L1 j- l8 `$ i9 x% k- x在焊接過(guò)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(zhǎng)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(duì)接焊縫和角焊縫兩種焊縫形式,由于對(duì)接焊縫的收縮量大于角焊縫的收縮量,所以應(yīng)先焊對(duì)接焊縫。
* B# E% F. {$ D+ C1.3 降低局部剛性法
, e6 H9 u" L$ j; r8 I3 J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。
/ P$ x0 V, ^7 h5 u$ ]1.4 預(yù)熱和緩冷方法' l+ @3 o1 ~1 D: @
焊件本體上溫差越大,焊接應(yīng)力也越大。焊前對(duì)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(guò)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(lái)。
. {! P; F/ J# _+ ^1.5 錘擊法; [. }' I9 y2 O' s, S8 V
當(dāng)焊修較長(zhǎng)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,4 @) i1 q& k! H( ~
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。
9 O2 S. T2 `6 I- M( n, c8 |7 Q2 消除焊接殘余應(yīng)力的措施: E; M! I8 k) w/ N  g
2.1 焊件整體高溫回火2 s, ?3 x/ b1 e) p5 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。
0 i0 Y. \. `# L- `9 z4 o2.2 局部高溫回火4 Y' V2 `, y; B& O' L
只對(duì)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(zhǎng)構(gòu)件的對(duì)接接頭等。
. t6 Z# |; w) Q8 s4 f( L2.3 機(jī)械拉伸法
& S, ?2 }7 J$ [5 ^) v, k+ X對(duì)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。
4 M8 f, h# k" j$ @5 ]/ C2.4 溫差拉伸法
: F4 m" U7 V( k( q, P8 y用焊修件局部加熱的溫差來(lái)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(duì)溫度較低的區(qū)域進(jìn)行拉伸,可消除部分應(yīng)力。7 u* M4 s5 `" R
3 結(jié)束語(yǔ)
( [: g1 P/ d; V' V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(duì)各類零件機(jī)械性能要求也不同。在焊修前,: v1 q5 E% x5 `- C# v8 }1 y
必須對(duì)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
+ m2 X; Y2 L) w# F(1)采用適當(dāng)?shù)暮附映绦颍绶侄魏浮⒎謱雍福?font class="jammer">! f$ {- b8 b3 z: I% h5 M
(2)盡可能采用對(duì)稱焊縫,使其變形相反而抵消;6 |: m$ l5 y) c$ O2 `9 m7 V6 r
(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;
& E) H0 P! t) V4 R2 T' Y) [9 r(4)對(duì)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。
7 F, V1 i/ v6 G7 |' [( P合理的焊縫設(shè)計(jì)
4 G) J$ b. h1 {4 _+ H(1)避免焊縫集中、三向交叉焊縫;) J* J" ?1 ~# [3 j
(2)焊縫尺寸不宜太大;
$ S. D0 E8 @8 }! d2 E(3)焊縫盡可能對(duì)稱布置,連接過(guò)渡平滑,避免應(yīng)力集中現(xiàn)象;
7 ~2 H& l9 j! e4 I0 j; Y: K- l(4)避免仰焊。
3 {: U6 W+ l6 `- k  B) u+ \焊接變形的產(chǎn)生和防止1 T4 f' `# c, x* e; u! v( x7 x( U
手工電弧焊接過(guò)程中的變形成因及對(duì)策
8 s3 J6 Z& }% [" S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(lái)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(duì)其變形的原因進(jìn)行分析并針對(duì)其成因提出有效的對(duì)策,必將給生產(chǎn)帶來(lái)極大的危害。
" b! s8 q: _5 M一、 手工電弧焊接過(guò)程中的變形成因9 n1 p* K2 i: ~" _: D; Z
我們知道,手工電弧焊接過(guò)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
7 @5 Z; d( m2 c6 T4 ~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(lái),產(chǎn)生了離子和自由電子。在電場(chǎng)的作用下,陽(yáng)離子向陰極碰撞;陰離子和自由電向陽(yáng)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(zhǎng)度差不多等于電弧長(zhǎng)度)和陽(yáng)極區(qū)(位于陽(yáng)極)三部分所組成。陰極區(qū)和陽(yáng)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(yáng)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。靠近焊縫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(guò)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。* r5 e6 l5 Q+ C4 u) H+ {3 c
   在焊接過(guò)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
, v9 N9 l' y; L. @: j: z產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。
8 ~) z% X- f7 d9 P, n! ?9 k二、 焊件的殘余變形和應(yīng)力的危害性/ \) t4 w: n7 ~4 y
在焊接過(guò)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(wú)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(duì)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。
# r8 |6 g* |  Y三、 影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素及變形的種類
( v9 M/ f, l) y. x3 p/ i: s(一)、影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素有:
& Y2 w# {. R! u6 u+ W  f4 m1.
, E6 |* K/ ]! L- @% v& {0 c9 p0 F焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置;
( r  S( M+ u$ Z3 g2.
$ e, h- w! E4 A7 r/ e! l結(jié)構(gòu)剛性的大小;
( ]7 U3 a; P* E0 @3.
7 k! q$ H6 a; z裝配和焊接順序;
) j8 v0 A# G  q. e' d4.$ {3 R0 M, ^) L2 u( M2 F& v, O
焊接規(guī)范的選擇。; ]; a& g: V, F9 G- N: x* V! D* U2 V
(二)、焊接變形的種類有:
" I' i. |: I* u3 W: w1 `3 u2 G1.
0 ~+ u0 A1 g5 N$ X! Z+ K% O縱向收縮和橫向收縮;5 O. S, z: K$ q% u
在焊縫長(zhǎng)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5 p7 w9 d( \" n; }$ c
縮,便使焊件發(fā)生了變形。
) n" B, |. a! r, {. W' G+ _) c2.2 j7 V& J' y. V
角變形;
. {1 O  l( d  o$ Z3.% \9 ~/ R& s, t7 S0 G7 b0 ~
彎曲變形;* Z  ]8 j  C; `# a; e3 G
4.
: H, J3 ^" |+ c1 l波浪變形;8 E$ ~2 k( S) F& M
5.8 e8 K, r' T' F2 U
扭曲變形。, E/ m5 K' }3 e/ k  ]3 T- [2 g+ b4 U
(三)、從焊接工藝上分析,影響焊縫收縮量的因
; {% t$ T* }8 ^% ^& u素有:- _+ [5 h# F7 e& Z' A9 V
用手工電弧焊焊接長(zhǎng)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,
3 Q- z* I* c. W. `' j也有利于減小焊接內(nèi)應(yīng)力。+ Q5 ?) B% s. p/ p* J3 A# h1 s/ P6 C
備料情況和裝配質(zhì)量對(duì)焊接變形也會(huì)產(chǎn)生影響。' y8 Z! k5 p  j1 j
焊接工藝中影響焊縫收縮量的因素有:( q/ A' k4 H" P" |0 z
1.: H* B0 U; m: \# L
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;
* s# J9 E. V6 q7 c2.8 I; [/ h( l% ~6 t: t6 L7 U
焊縫的縱向收縮量隨著焊縫長(zhǎng)度的增加而增加;
( Y/ `0 j0 J5 s+ {3.% g0 b7 K# @8 C+ J5 Y- t4 E
角焊縫的橫向收縮比對(duì)接焊縫的橫向收縮小;
- O6 I% k' ^: r3 \4.# u  |. i8 b/ {8 y* }7 J
間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小;8 T) W1 A' T" b+ O5 W" f) o: s) R
5., g/ t8 o3 C/ e! Y) D. T
多層焊時(shí),第一層引起的收縮量最大,以后各層逐漸減小;/ N1 v: ^! i: z: M
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
% O+ N, t$ a2 |# F! {! \收縮量小,約減少40%--70%;
# ?) b+ O8 v# h8 E! S1 e- k7.
3 L; D* f& J5 P4 x3 t3 M7 B焊腳等于平板厚度的丁字接頭,角變形量較大。
/ O( i* R6 Q* p; F. h# y四、防止焊接變形的方法/ H3 U+ t% S; p7 V
通過(guò)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(duì)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(lái)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。
8 z/ G& `$ Q: k  n7 e1. 反變形法; Y6 ?; d; ^  V: N0 D
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(duì)接焊時(shí),采用反變形法以后,基本消除了角變形。
8 k+ X! v6 B* F& N$ G  W2.  @% B, z% s5 L' z3 O
利用裝配和焊接順序來(lái)控制變形;8 W# s. l: M, ^6 i
采用合理的裝配和焊接程序來(lái)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(duì)稱,焊后產(chǎn)生下?lián)蠌澢冃巍=鉀Q辦法是由兩人或四人,對(duì)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(duì)稱,焊縫布置也對(duì)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:
/ E5 ]7 W8 |2 `; m1)盡量采用對(duì)稱焊接。對(duì)于具有對(duì)稱焊縫的工作,最好由成對(duì)的焊工對(duì)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。/ H( s) ?! q+ [" }! z/ r9 y. a
2)對(duì)某些焊縫布置不對(duì)稱的結(jié)構(gòu),應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。
6 A4 j3 D' z4 V) j$ x2 c7 b& f3)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:
2 M2 B2 h5 s- T0 ]8 M2 B+ ?$ O9 x# Xa.分段退焊法
6 B- N- m2 `- @  ^$ }0 S8 o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(zhǎng)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(zhǎng)應(yīng)為0.5—1m。見圖2(f)
9 |: B, _* R5 w( ?b.分中分段退焊法
4 a. x5 ^8 |  [, h6 V, g4 v6 Z/ I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)
" P# x. @( M: c7 Sc.跳焊法+ a, }3 r3 r! r1 D! n
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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)不宜超過(guò)200mm (薄板應(yīng)短些)。見圖 2(h)8 g% }5 l0 u. @. D9 T" p( Z
d.交替焊法
4 J: y3 X& g2 o6 M% ]這種焊法和跳焊法基本相同,只是每段焊接距離拉長(zhǎng),特別適用于薄板和長(zhǎng)焊縫。見圖2(i)0 s: b0 n0 G8 \! E6 O
e.分中對(duì)稱法
+ t- _% Q4 x% }* d9 l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)2 m6 A' L/ F, U) ~, Y* g
3.剛性固定法% |; |$ E: j+ c) C8 l1 k( j
剛性固定法減小變形很有效,且焊接時(shí)不必過(guò)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
; a$ [' V* o! n% E7 T, H) ]( c( Tmm 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。# ?. G/ s' p- [0 ~
   對(duì)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
5 }# C% H! T  v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(duì)于淬火傾向大的鋼材不宜采用,否則易裂。& t% f1 X9 i! d. _9 _  _" g# X% b
4. 錘擊焊縫法
$ Q" t/ V- O9 s8 w5 a$ `錘擊焊縫法,即用圓頭小錘對(duì)焊縫敲擊,可減少焊接變形和應(yīng)力。因此對(duì)焊縫適當(dāng)鍛延,使其伸長(zhǎng)來(lái)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。
1 q$ Z1 E, z7 [7 x( A( V% a; u3 g五、 常見復(fù)雜構(gòu)件防止變形的方法
% s+ g7 h$ T, x# C# q1. 鋼架的焊接
6 }) v" P( m) D+ i3 _3 {鋼架焊接的關(guān)鍵問(wèn)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:; J( K# |8 D  G$ Y4 D4 |3 ^
1)焊縫的高度和長(zhǎng)度,要按圖施工。裝配誤差要小,坡口要清理干凈。* ~  p* y( N1 A3 f/ _( P
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))。
! z; o/ z5 x; F# H) f' {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。# d8 @2 U) z9 m2 m1 o$ |& J1 _; P8 ?6 [
2. 鍋爐集箱管接頭的焊接6 A9 n. @/ U. [1 s; h1 u
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
  L: r8 X  {3 _. |+ D( S4 x- \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(wèn)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(guò)一遍后,再反過(guò)來(lái)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
4 l( H- M: G. V" G. e+ l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(duì)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:8 o1 H& b6 c6 t6 k
(1)熱應(yīng)力。焊接過(guò)程對(duì)被焊工件來(lái)說(shuō),是局部的不均勻加熱過(guò)程和不均勻冷卻過(guò)程。這種不均勻冷熱過(guò)程,會(huì)使工件中產(chǎn)生熱應(yīng)力。6 o# @' a8 Y. ]6 h( R* a
(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。
& S) G5 n$ d! Z& n/ E2 E, m(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。
" A( V( T9 s6 {# d; y5 W, S   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(duì)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。* c+ b, \- d. h; x7 H3 P
鋼結(jié)構(gòu)手工電弧焊焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)
0 H6 ~, U' ^) A! |1 J范圍3 J% ], T5 O: I4 X' s
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。: r3 d: f4 _! v% H  a
施工準(zhǔn)備0 b& B4 B2 w, [7 i8 ]
2.18 I. U5 E* o, U6 C
材料及主要機(jī)具:; b& B) D8 q0 m( K
2.1.1) c# `2 r/ \) N4 s
電焊條:其型號(hào)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(guò)烘焙。嚴(yán)禁使用藥皮脫落、焊芯生銹的焊條。設(shè)計(jì)無(wú)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(shuō)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
: o/ s$ P$ W6 Z# y+ ^* }不準(zhǔn)混雜使用。
5 \6 i: x0 \5 s' h, o2.1.2
9 R) w" y* C. |5 R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。
( a0 B7 z; S; U% f2.1.3. G3 K* a$ P, }# s1 y$ D2 c
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(cè)溫計(jì)等。7 ?& Y1 u4 P/ u. }+ l
2.2 作業(yè)條件; p% I, r3 i  n" _/ I
2.2.10 @' S- \" L; j. ?/ }6 q# o
熟悉圖紙,做焊接工藝技術(shù)交底。; Z4 O5 j/ q! g8 N" @
2.2.2
& \1 J7 t0 r$ J& e7 A- k  U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。6 _( s) u2 d: p& W  M! r$ l8 u
2.2.3
5 y( Q, @0 A- u' W現(xiàn)場(chǎng)供電應(yīng)符合焊接用電要求。# i/ ?5 }5 i# e
2.2.4 環(huán)境溫度低于0℃
7 V: I6 w: f2 i, {% E$ e,對(duì)預(yù)熱,后熱溫度應(yīng)根據(jù)工藝試驗(yàn)確定。6 o* o" P) k5 C( c
操作工藝% }/ Y( z! \6 @3 m6 {
3.1 工藝流程9 a' y. b3 {" ^2 Y- {& Q0 l! l, {
作業(yè)準(zhǔn)備 → 電弧焊接 (9 h) [5 ]: o0 r. a1 `0 f
平焊、立焊、橫焊、仰焊) → 焊縫檢查
9 W2 a8 ^  |% v5 x3.2) N: d) t! d) n3 U2 N4 x4 X
鋼結(jié)構(gòu)電弧焊接:% q( e; t7 }2 k! f2 n7 W
3.2.1 平焊2 [7 v1 F$ _7 Q* K8 j6 L
3.2.1.1
, J. c+ u$ ?. f3 X! k/ t( t  [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(zhǎng)度等,通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)驗(yàn)證。
9 j4 W/ b4 ]! ~/ S" [+ \3.2.1.2
; k. }8 i, Q1 s3 H5 k9 r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。
- K( g5 v8 G, c; V) z7 {+ l8 u) G- Z3.2.1.36 z& L+ p; m; d0 s# w8 a' T, n
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。
. p1 F  g1 r1 ]/ S$ o% e& z3.2.1.4
# R; `2 u; M  r3 B: K0 B" o. e& ]+ d焊接電流:根據(jù)焊件厚度、焊接層次、焊條型號(hào)、直徑、焊工熟練程度等因素,選擇適宜的焊接電流。
2 D# V: Q& v! f& m2 i, s; V" t3.2.1.54 {. e5 `- `1 [
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(duì)接焊縫及對(duì)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( w% E1 T/ h4 P5 o* k$ X
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。
* @' K8 U/ s# }3.2.1.6- \; ~/ P4 u& @) p8 u. q7 a
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. g& }; m- }% M( u) ?
與熔渣保持等距離(2~3mm)為宜。% E' i0 z) E0 Z. ]5 f9 N: S  K1 A, ^# g, m
3.2.1.7- }: w$ t  t8 {1 s+ f5 d3 p1 C
焊接電弧長(zhǎng)度:根據(jù)焊條型號(hào)不同而確定,一般要求電弧長(zhǎng)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。
, O" i9 s& N& J3.2.1.8
  }6 k: }" v: o- v# d! x焊接角度:根據(jù)兩焊件的厚度確定,焊接角度有兩個(gè)萬(wàn)面,一是焊條與焊接前進(jìn)方向的夾角為60~75°5 Z2 l$ K3 O% S! e' b
;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。
; V9 m  g, O5 M/ C& l3.2.1.9
: V! k3 y2 N( [# ~! f4 l/ ~% a( K收弧:每條焊縫焊到末尾,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。9 L5 t# D8 D6 K) Q3 L& d
3.2.1.10
3 G, _1 S( t8 }. F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(wú)問(wèn)題后,方可轉(zhuǎn)移地點(diǎn)繼續(xù)焊接。
$ h; U2 L- K5 L/ [3.2.2
- A. R' S. @, g& G1 V4 F: K立焊:基本操作工藝過(guò)程與平焊相同,但應(yīng)注意下述問(wèn)題:- z) W( ?$ Q1 ~! f
3.2.2.1
7 _( g$ z- \1 L, x6 _在相同條件下,焊接電源比平焊電流小10%~15%。$ h( a% V$ a" S/ z9 k6 P5 P8 ]
3.2.2.2
8 B1 ^, ]; s) K/ u/ d5 Y5 N3 j' j采用短弧焊接,弧長(zhǎng)一般為2~3mm。
) O/ n% ^% q4 |& V  x# [3.2.2.3
7 X5 Q+ X9 e9 {( T' a$ y& p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。9 [1 n  h  Q, o/ v4 e" K
3.2.2.4& t; v% o6 \' w# \2 }
收弧:當(dāng)焊到末尾,采用排弧法將弧坑填滿,把電弧移至熔池中央停弧。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。
! ?8 I$ q  w/ ~4 s3.2.33 J/ G1 X2 {5 q6 h4 @0 x
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(zhǎng)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
$ `) \! G$ B/ |% V條角度,焊條與焊接前進(jìn)方向?yàn)?0°~90°。# p/ M& r! ?1 }! Q* v
3.2.47 c. p; K* t. A; F" J8 k4 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; d- ]7 N! W2 ?3 r% h- j: X
冬期低溫焊接:
/ `2 e1 t0 B% b/ T8 _: m7 A6 c1 P3.3.1 在環(huán)境溫度低于0℃0 ?9 q- U8 X# Z1 J% P4 G- c/ \* ^
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(guò)4級(jí),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。
: G  ?2 c; H: E" i& R  J. f. f3.3.2
$ `$ |! {3 Z8 ?2 x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5 g+ e: a) \2 ?0 r9 _+ q
時(shí),應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn),以確定
: u$ H! N5 ~- p$ a. @3 V2 T適當(dāng)?shù)念A(yù)熱,后熱溫度。
' p: I1 i' T  [7 i質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5 n, o+ ]; \' J) U
4.1 保證項(xiàng)目- D  X6 h3 M+ @
4.1.1
9 y. n0 }4 Y% U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。9 I- ^8 d2 R  s: I
4.1.2
  c" X& O* ]$ }% [2 Q. Z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。6 D! m% ]/ q/ Z, ]+ k
4.1.3 Ⅰ、Ⅱ
' |, V* {7 r- {( C  v/ \- N; F級(jí)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。
9 n+ `4 k) u5 B& o; ~6 ]' |4.1.4 焊縫表面Ⅰ、Ⅱ% P: D5 U1 q! }
級(jí)焊縫不得有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑等缺陷。Ⅱ級(jí)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(jí)焊縫不得有咬邊、未焊滿等缺陷。& W4 t, L. d. P# {3 y
4.2 基本項(xiàng)目, t2 ]5 B: W3 A; v: X& e( A5 T( k! A5 P
4.2.1
# `7 \0 n1 O( z% H; a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(guò)渡平滑,焊渣和飛濺物清除干凈。1 ~8 ], v! r# b* K
4.2.2, V* ^% ^. n& v9 y! ~) d4 x! A1 U
表面氣孔:Ⅰ、Ⅱ級(jí)焊縫不允許;Ⅲ級(jí)焊縫每50mm 長(zhǎng)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。
. ~2 ~' d+ I! {" A( E9 E9 ^" P' h4.2.3* t* ]$ O4 V9 Q" I2 D
咬邊:
0 G; c7 K+ m4 `Ⅰ級(jí)焊縫不允許。
( V2 @$ ]" P" e) }3 a: b9 b- m( MⅡ級(jí)焊縫:咬邊深度≤0.05t,且≤0.5mm,連續(xù)長(zhǎng)度≤100mm,且兩側(cè)咬邊總長(zhǎng)≤10%焊縫長(zhǎng)度。  m, ]  q* z' V# W+ [7 [  m. t
Ⅲ級(jí)焊縫:咬邊深度≤0.lt,且≤lmm。注;t為連接處較薄的板厚。+ d( @0 v( R+ x( X# `$ ]
4.3
- D# j% F% g; T$ ]. Z& N允許偏差項(xiàng)目,見表5-1。8 i! ^$ A( c  @  L- \6 _, T
表5-1項(xiàng) 允許偏差 (mm) 檢驗(yàn)次 Ⅰ級(jí) Ⅱ級(jí) Ⅲ級(jí) 方法( z6 ^% P! G- ?3 q% X" B' M
焊縫余高 b<20 0.5~2 0.5~2.5 0.5~3.50 p& h) `, q; C' c
1 對(duì)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# y; _4 I( b( h' S8 n
2 角焊縫 (mm) hf>6 0~+3 量
, p6 t7 L4 o; t8 t( d8 j0 D焊縫余高 hf≤6 0~+1.5 規(guī)(mm) hf>6 0~+3 檢1 f9 J/ D& p# T' j% X& e
3 組合焊縫 T
# x5 C' Y- |8 f( b/ ^: Y, _形接頭,十字接頭、角接頭 >t/4 查焊角尺寸 起重量≥50t,中級(jí)工作制吊車梁T 形接頭 t/2 且≯107 _8 b( u! R7 Z
注:b為焊縫寬度,t為連接處較薄的板厚,hf為焊角尺寸。
) n# _' g3 \) V( K! a9 S& ]成品保護(hù)( I& [/ J7 U5 ~6 b6 t7 ?6 h. ^
5.1, ~" @  {, S, _6 o* K/ N: y
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。) P- v! c! M. L- M% |* f
5.2: x% q7 ~1 c( B3 s. o4 h' [
不準(zhǔn)隨意在焊縫外母材上引弧。) o1 k/ c+ f0 y3 N
5.3; x6 q) a% y7 q6 _
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。0 O7 j# D: Y. ~  w  D
5.47 w" U; Y. L5 _3 r2 d) h+ ?/ n
低溫焊接不準(zhǔn)立即清渣,應(yīng)等焊縫降溫后進(jìn)行。% G* C* {" J) Q4 {9 L
應(yīng)注意的質(zhì)量問(wèn)題
/ o; w2 N* c% e% Z7 z  u6.1
9 i, I: |9 y9 x' p尺寸超出允許偏差:對(duì)
8 f. |4 f1 E2 x2 h( h8 `3 m$ s0 g焊縫長(zhǎng)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(duì)位置尺寸,合格后方準(zhǔn)焊接,焊接時(shí)精心操作。) d2 w! E8 |0 L$ o6 [
6.2/ w( X' O! c  g, _
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。
$ d4 x3 [7 G' K4 W; E! U7 b/ e6.37 \8 E$ ]$ ]- {
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(guò)程中選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏鳎档秃附铀俣龋谷鄢刂械臍怏w完全逸出。
$ |( R7 V, k8 k6.4
, @2 W* N5 H1 y. x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(zhǎng)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。$ e2 i7 W6 K4 _" N# ^
質(zhì)量記錄
! e6 v1 T& ]- a7 C本工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具備以下質(zhì)量記錄:% m0 l: D0 x% {% c
7.10 o. a2 G# n1 e  N" ^1 g$ u  Y, r
焊接材料質(zhì)量證明書。
  t# P: f" ]' a2 O# f) Z/ P7.2  N" i2 V  z2 }- _1 y# d2 f
焊工合格證及編號(hào)。- g- k! s! ]$ c! ?& d* k
7.34 ^2 i  S) O4 u, x
焊接工藝試驗(yàn)報(bào)告。
# g; A  q4 {+ b1 w1 Z" x7.4' O5 d* }9 B: ~" j6 O0 J' a
焊接質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、探傷報(bào)告。
& _7 v. T  i& K7.5
, b* @3 t5 q  K/ g8 ?& h1 B6 r設(shè)計(jì)變更、洽商記錄。
5 F+ w5 M  w2 S7.6. P/ V9 U! O! s0 O3 x
隱蔽工程驗(yàn)收記錄。5 Z$ E" p" {+ K" H6 o; X& r  l% |: \
7.7; P* d$ {2 [$ L! ?- p6 t
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) * O( ]% O! h, O; t; r$ D

& g# g6 e( h" A9 L5 t- x! w3 f/ V6 o7 I, A5 o6 W
3 l9 n  W( T8 t% y2 h* `2 J

7 I- S' S; X/ d4 x
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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