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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
' }# y( e- o. d3 T
摘 要:) B3 J( d+ s) V' {& J. W
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
" C) k5 F  j6 Q2 r( p' i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4 i5 ^" R% r8 I& O( Q5 y; d
工藝的建議。& x' r1 q; d9 \
關(guān)鍵詞:
* K+ g# M& M4 T2 p1 }$ x" F建筑鋼結(jié)構(gòu);焊接;殘余應(yīng)力;時(shí)效
) \1 l8 v/ V- G# w# L( G* d前言
% \6 u! P: V: G3 a* D' K; s, L0
( b! v  k! `9 y, v0 }1 g% S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(kāi)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。
6 T! }' L$ Y' o: I! B' w* L# O1 建筑鋼結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力
' z, `/ U) Z  ~6 \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">& q9 I% X$ l& w" r) D

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:
& Z* c& E- N! L5 c& z, C表1 蘊(yùn)藻浜大橋現(xiàn)場(chǎng)焊后殘余應(yīng)力" \6 s: Z; @2 i( p% z5 w3 |+ ^6 m: _
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5 ~) B: J9 ~: `9 S& l, h
上表面埋弧焊縱縫 極值 315 -95 133 77 287
9 ^( ~% u$ Z" p1 t( k# T平均值 157 2 78 64 94
) N! J3 q4 m0 o! l0 @下表面手工焊縱縫 極值 81 -74 79 48 -344 {! w: M9 E$ r0 I
平均值 62 -46 54 31 -152 l" M  f' I1 g( B
人孔封板手工焊縫 極值 261 94 79 232 133
( m4 N0 A. ]# W平均值 184 103 41 173 114
# [/ N$ ^5 \' J2 k# v表1# j  ]# t3 |+ H3 {
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(kāi)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。
% g- \8 W% Z  C' R$ M: P2 建筑鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的消除工藝$ o1 E3 s4 D1 Q1 M+ J! }% z
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; u, {, w, ^2 K
2.1 熱時(shí)效. d1 J2 _, u# A% }' @. U
表2 金茂大廈轉(zhuǎn)換柱熱時(shí)效消應(yīng)力效果分析表
) j" ~- i( {9 |) A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' G6 s7 s3 V) k3 X( r$ _' s
熱處理前平均值 135 51 58 128
0 J4 w4 r8 {( s: c熱處理后平均值 79 16 30 64
+ e1 E) e- Q* B* o( d# a熱處理前后差值 56 35 28 644 W) d& s4 t% J
變化率(%) 41 68 48 50% M* }1 q  k8 G! _2 t. |, e
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(jiàn)表2。
6 n* {- @- o5 X! c7 j* r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。
8 {1 O8 ?0 g. [; ?2.2 TIG 重熔
5 t) f! u( P, Y4 L7 H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(mén)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% Y3 g% Q2 N! L+ X  E$ B
射線方法進(jìn)行測(cè)量,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。
由此可見(jiàn):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( P$ ?8 j4 [. g$ _3 p. 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。
7 R; x7 n; c& r+ K表31 j1 h. n; ~" p1 k" `0 }$ k
重熔前后殘余應(yīng)力均值對(duì)比(材料:Q345;單位Mpa)
6 b5 G! g* A4 {; _" q9 c% x+ T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%2 L5 H! N* P) m
1 209 199 5.0 56 57 -2.3, o9 }9 D" E' F0 ~( T
2 206 240 -16.4 59 64 -8.0; k. {  h7 A' ~* T
3 236 213 9.6 -57 29 -150.9
) e7 I; ^: l: e! ?4 265 245 7.7 259 84 67.5
: V6 v  r9 `* B1 t+ L) f! F5 189 201 -6.4 206 114 44.6% s. O# j9 r( p) c( D% `+ N* o
6 221 219 0.7 105 70 33.4* E6 T" H! {- W" J$ g& ?
表4 典型焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效的效果' e. J% u3 W) N; X3 \$ r# M
2.3
: {9 V; Z( f7 H. G& G振動(dòng)時(shí)效(VSR)
6 k* q) e/ r8 R9 R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,
! C) k' ]' J$ D; r8 }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
/ Y2 I' x) U% y- z9 K動(dòng)時(shí)效的效果分析見(jiàn)表4。6 z" B) T5 @- d: x  C9 U- 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(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,
( u' d5 H( r6 ~; {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。% V9 P. n8 `* A1 C0 F' J5 N0 u
2.49 Z  ]  V1 K. b7 C' [1 v6 |9 A/ m
振動(dòng)焊接(VW or VCW)4 f2 H+ O& s# r, M
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:  C: e  j4 E9 Y/ ]$ j

/ u+ ]+ ?& ?/ @* F' \8 P5 A! a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%
4 v' w% L1 L/ L9 g- R$ }% T: a  ^: E200 噸級(jí)行車大梁 Q235 29000*3200*2000 13-223 [: T, r, g# g4 D
4000 噸級(jí)鍛機(jī)上橫梁 Q235 130 噸 29$ E! R1 s. O6 t4 {; J
港口起重機(jī)卷筒體 Q345 D1400*13800δ50 30-56
* I4 ~( u: G2 t" C' O' b核聚變?cè)囼?yàn)裝置底板 304L D7800 δ90 317 ^" T' Z4 _3 ]8 S
300MW 火電機(jī)架 20G D2900*3400 22-49# _* v6 M2 ?# \  |5 Z% z4 g6 \
磁懸浮交通功能件 16Mn+軟磁鋼 3000*500*450 31
9 p% B( L! D1 r2 c9 M
$ E5 @. h+ s2 k: I7 i- B) j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。
" P8 j9 m! L+ o# x. @5 E) {$ d% s/ _# O# b⑶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。8 x9 |3 R! I+ K8 Z) D# Q
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%。
! ]$ n8 @1 q* H' h" \) ^表5 BB503 厚板振動(dòng)焊接的殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果$ b3 ?, M% D4 Y* I; [
工藝 最大主應(yīng)力 最小主應(yīng)力 縱向應(yīng)力 橫向應(yīng)力
6 _% V/ p& O; N$ T3 G( y! g0.6gVW 極值 209 -92 206 857 |" i$ q" ^4 D: e! b
平均值 117 -16 109 -86 l1 n3 O% j7 z$ o8 s
0.3gVW+0.6gVSR 極值 81 -121 64 249 x- h7 W% z# r4 U1 k$ M
平均值 37 -47 28 -39/ v& ]9 H) M$ s7 C$ [, ^
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(kāi)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。- K- Q2 x/ Z% V) @4 N
2.5 超聲沖擊與錘擊/ ^+ F* q9 \( ^- w( t% s7 O9 ^
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:) H  X7 U8 c* M0 n5 K/ c4 n5 \* T' R
( b. o! d4 V9 h2 V1 u' o
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% G6 v/ R# [9 j* q& A& D
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%。6 u/ M% z! Q" z8 u& x$ E, w' g
) q; J% R! U9 l: @. 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。
  h% k. A$ n* P& r. W3 ^7 X2 u! L8 }
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。
/ G* q+ {4 m% T, B7 T" l+ @2.6 爆炸法工藝
/ F& m5 M4 c3 ~( h0 ?5 R& {% R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。; a7 d+ N, @* O7 b
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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
/ x( |8 R/ x, H& K" a2 h2 s9 j3 ]  R' }8 O
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。4 b* W9 y5 u! Q

, P0 C' A& k7 D3 w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。, S* i9 h1 F1 ]8 H: |

, B4 A- u) b  x" ~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)。! @( A9 j) B. e7 }
) U% g# i& P0 L4 g6 b1 P
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)。, _3 y9 b: T+ a* I
參考文獻(xiàn):
4 y" n# I, I9 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.
3 |5 \4 i9 {, N& i) b- l  \焊接應(yīng)力
) w( ?2 U, O, q一、焊接殘余應(yīng)力的分類/ x+ |1 c1 \$ C% t1 c; w
1, @+ q" N8 T2 m5 _; f" d* N5 ~0 W
.根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)劃分:拉應(yīng)力、壓應(yīng)力
9 V+ j, z9 e. D7 H( G  b. s+ A) N29 H3 P! U# G; ^8 i6 h3 ^' Q: E; v
.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) |7 ?# @7 e( |* g) P7 Y; Z& ]7 [
3
! D, O4 G5 x% s6 z! s.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
, ]8 P" N# @  W( s/ p4
3 H9 f  n1 X/ ~9 m7 p7 u6 b: R2 A.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
, ^9 R; l) e& c  {" }. H54 y% X& V, K: [* j( U# 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
3 C( r5 U' O2 k+ k, z" v8 \二、焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律; ^; S  E3 A$ a, C4 n$ G8 Y
1
" }" q8 F' ^( L  E) G9 n.縱向應(yīng)力бx 的分布' C! P& Y/ i% `0 t( i! w0 `
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
. @4 O& O, V1 ]  P2 v$ a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* g5 Z# V/ e' U* {/ m
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。
6 s7 ^$ ]2 o* b  m5 _$ [2
3 Z, Z' G8 q# G8 T.橫向應(yīng)力бy 的分布 бy =бy′+бy″бy′:
# W9 S' B5 b  X, ^; k" A' O  y焊縫及其塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力;бy″:
5 w, x2 R- k* M% R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。- \% B: e1 p' b
3
% U/ I' v  B+ E.特殊情況下的焊接殘余應(yīng)力! ]3 C9 R. Y) h6 a: p) H
① 厚板中的焊接殘余應(yīng)力
4 S0 ~+ s8 ]7 g/ s' a  ~8 F② 拘束狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力. p( A; i" O% f  P
③ 封閉焊縫中的殘余應(yīng)力
' Y5 l' k7 \  B2 C9 h! c( [( Y. b, ]④ 焊接梁柱中的殘余應(yīng)力" _: N# T4 B! q6 F, ]6 m: j
⑤ 焊接管道中的殘余應(yīng)力
; B2 e; N1 O- x- R; _三、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響
3 q$ F6 k6 N. u/ L- J% i8 h1( H2 D9 |  \- x  N3 H# g
.對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響% x9 J9 U2 t9 Q( j! n" j6 z5 k
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& N7 A6 C8 S. J( k7 G! W
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。
" U1 L: O3 _5 V$ \! y24 ?8 m4 n' ^6 r7 k$ a4 V3 W
.對(duì)構(gòu)件加工尺寸精度的影響
) O# v3 M! P5 `3
2 T: O; h- o5 I5 _.對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響
6 W8 z" K$ L1 g; n" _四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施
3 F3 E) z0 S9 g+ c: u" q一般來(lái)說(shuō),可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手:
5 N# l. S6 T$ H" e& f1
' F' |2 a5 W& l3 V$ l; C0 a7 M.設(shè)計(jì)措施3 ]0 e9 {; A6 G' j2 k8 |

* J% O6 Z; u9 ]& `+ {盡可能減少焊縫數(shù)量;
4 l& D7 w9 o' k7 b. w( {7 k
; i0 m. ~+ |1 s, _合理布置焊縫;
4 G5 T1 V5 Q( d  A0 ]) E9 p
5 Q$ @: L1 B2 k4 e. m3 p( K采用剛性較小的接頭形式。1 w0 d. @6 V9 g' d
2* _' E6 x5 i  Q
.工藝措施' Q5 m( C2 f% M
(1
7 ]/ p3 c1 P) r# k- c; l; [)采用合理的裝配和焊接順序及方向
/ {& W3 n' ~3 R$ m! ?7 o/ f8 C( _3 h! m5 ?% a0 @% \
鋼板拼接焊縫的焊接;. ?$ C$ D7 h6 W& Z* t
3 R" j# u# S3 T3 e1 q3 Z  n4 ~: E7 g
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6 a2 X- v# q7 Y* X/ S
焊縫;
! K1 \5 u4 F' L) E" S* |
9 K7 i2 P' @5 }* Q對(duì)工作時(shí)受力較大的焊縫應(yīng)先焊;
0 g7 n/ h. I3 x1 J
$ c- h. ^0 U  J3 ?+ H平面交叉焊縫的焊接。1 j3 X" J/ Z$ t7 a  F6 {
(27 \- [1 [  v: T" L# b- G4 @
)縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差; d. l, Z7 j# H* E2 r" f- P
(預(yù)熱法、冷焊法)
' V. b8 Q. z7 l: P(35 l) x; X( K! U# J$ v
)加熱“減應(yīng)區(qū)”法3 Y1 v' b2 b1 q
(4/ E0 r7 E7 R& |) a/ a8 @, f% F4 Y& b
)降低接頭局部的拘束度) y5 A! i) J/ @& @
(5* r7 j) ^/ @3 A7 T4 T
)錘擊焊縫* g+ D8 D' J- N9 n
五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法
- C1 M2 L9 @8 x, ~1
9 c! T9 p- ?" G: g, \.熱處理法( i7 V7 b; d1 ]5 u' c) Q: ?' @
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。
  `% P$ t: a% [& Z' c5 R(1)整體熱處理
8 r, g9 H; a; P9 J. A$ r整體爐內(nèi)熱處理、整體腔內(nèi)熱處理5 ?! B9 \+ c) N! V+ d: O
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。
7 t# r: y6 {, R& w! u碳鋼及中、低合金鋼:加熱溫度為580~680℃;
/ p% D" e& O; v# U0 E鑄鐵:加熱溫度為600~650℃。  N6 C4 j3 R  K8 m
(2)局部熱處理
. h$ Y! \, I* l8 _6 Y8 Q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)。, H& Q0 c- `5 O+ K5 H) R( N
2
- F! @+ [6 Y! ?3 D.加載法$ O5 f9 h; J! [3 C0 ]
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 |7 C) u( p0 P# K" r. W+ p# M
(1)機(jī)械拉伸法
) ?( ?/ f+ U6 N+ u(2)溫差拉伸法
/ o8 [" {0 {1 T- C(3)振動(dòng)法7 O, H  U$ G2 ?; _) T
六、焊接殘余應(yīng)力的測(cè)定# _9 e- R7 Q5 K) {
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。- q  _, _9 z. h! G0 G4 e
1! s' C) C2 A6 s/ B+ l; m7 O0 H2 e/ [) x
.機(jī)械方法% |' M/ b2 I( t7 U6 t3 r
利用機(jī)械加工將試件切開(kāi)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。
' ?  V. ?& f6 ~6 j  k$ z* {2
  ^9 V  M) j( `9 N.物理方法7 Q# P* G& M" N  D# x
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。
4 d" M; K' o; d2 t- Y(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。1 L; ]4 @, u- T+ @
(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1 D6 k" Y0 W: H7 l& m) L1 s6 t
的無(wú)損測(cè)量方法。8 e  n4 @( l4 }' _1 y5 X% ?
(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# i3 \/ K7 Z  _- f) ]& Z
應(yīng)力的。
. g% l( {% h% P& I焊接應(yīng)力的控制及消除  D5 R: H8 j/ v# j$ P9 s$ A. i
高 紅, 曲金萍, 劉風(fēng)山, 龔幫軍, 馬 艷- B& `( z6 J* b9 Y& q2 \
(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 R4 G9 h# E# B關(guān)鍵詞:焊縫; 焊接應(yīng)力; 溫度9 V+ W! V+ f7 J3 w* h, }
0 前 言
6 r5 p# n. p. K/ h( x. N$ `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$ S) g& Q0 P# ^8 E) w! s
接質(zhì)量。
+ f) b. c1 M+ m2 J; @1 控制焊接應(yīng)力的方法9 [7 q" ?7 v9 N+ X- }( l
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。9 k: m( t' \: h* j6 J3 i% T
1.2 合理的焊接順序法
' [4 ^% x$ [* o! E5 z- e: W3 {5 G7 {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(kāi)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。
. `9 X) V+ L2 L8 h' ]1.3 降低局部剛性法
. E( k' c: d' k/ M' \) @& o4 M5 t9 @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(kāi)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。
( r& }, }5 l: A  s) w1.4 預(yù)熱和緩冷方法0 _! M' b; n+ P. S( J
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)。
' g& n  g/ }" o1.5 錘擊法
) q6 j- w8 {* o+ S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(kāi),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,
* r6 Z0 Z9 {) G8 i  Q3 C$ m7 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。5 P& \. K+ |0 k+ i* t
2 消除焊接殘余應(yīng)力的措施* y  h- c3 _" _' O- R6 J
2.1 焊件整體高溫回火
! v' m- S; l9 B* Z9 [- ]! ^; h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。; M/ r$ A5 X! s6 F, R; L: b5 B8 C
2.2 局部高溫回火) \/ ?$ u2 q( Y+ g. a- ^
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。0 {) Z9 w  ?; U  e' H$ K/ u  O
2.3 機(jī)械拉伸法- S/ u; ]2 ^* T- l
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。
. g* l1 d, L( }9 x! i7 p7 U2.4 溫差拉伸法! a  H+ r9 }8 N6 u; K, c  z
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。
' G2 ]0 @( q/ l2 ]% P4 [3 結(jié)束語(yǔ): [5 G" v8 q1 F
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,
( u) e  d4 W$ I7 F0 c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  ?" {+ L1 Q0 |: U# V( V7 S
(1)采用適當(dāng)?shù)暮附映绦颍绶侄魏浮⒎謱雍福?br /> : ^9 h3 ^0 P. B(2)盡可能采用對(duì)稱焊縫,使其變形相反而抵消;9 h% Y$ S5 _$ U5 I& ]
(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;5 \' T' T  p. _% V
(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。
- p) M1 N. C* [6 y合理的焊縫設(shè)計(jì)* B% R+ t4 Z8 V$ a# E, b6 [
(1)避免焊縫集中、三向交叉焊縫;3 E8 t5 r% d0 _
(2)焊縫尺寸不宜太大;. U) D$ |9 k! D, O. w( d% X
(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;
/ E# h1 V3 x3 f$ f. X1 p( b. Y3 u(4)避免仰焊。9 {2 D4 h3 M: g+ K$ i) X) K
焊接變形的產(chǎn)生和防止) h' j  z8 [6 G1 Q% X
手工電弧焊接過(guò)程中的變形成因及對(duì)策
, ~/ W1 e3 X' z! a% o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。# c3 h7 u2 x: N5 C6 N
一、 手工電弧焊接過(guò)程中的變形成因
1 f4 t2 O2 J) Y3 ]1 t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
& e6 E+ u- s( f# m' U8 k% }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(kāi),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。
( j% x" g. ^! Z0 C# k$ Z6 R; d9 g   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
3 \) ]8 J* l4 s* y  T" f產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。$ w( V4 c- j  C* k
二、 焊件的殘余變形和應(yīng)力的危害性
& J' q  g5 I9 {" \% ]1 m* C  x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。9 [, b* v0 }" H) g4 |2 b5 t
三、 影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素及變形的種類. Q) ^+ L; N3 \: b. n2 J8 g
(一)、影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素有:
& ?, J% m4 o$ j% p. z1.3 b; a( `! s9 _6 D( W- \3 J
焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置;6 p, N. D( D. T5 C. F" {
2.
! ^  m/ o/ B3 ^) L0 B結(jié)構(gòu)剛性的大小;2 @6 u: F' |5 q7 i
3.
5 B( r9 d6 Z, y+ b, |裝配和焊接順序;
, q5 R4 J& N2 f4.: c1 ^) }: ?/ T# o/ z* v
焊接規(guī)范的選擇。
; R6 b5 w$ a5 \+ f0 g0 F& H(二)、焊接變形的種類有:4 P5 W* I$ `& c5 ?
1.2 `, }; y# n* E: p
縱向收縮和橫向收縮;2 S/ w6 q8 c4 D0 u8 f9 Z2 G
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; U; l1 ]& D. x
縮,便使焊件發(fā)生了變形。
  d: G- m3 _# s1 i8 n0 X+ b2.
9 e9 \, X4 ?( l" J% G' Z7 r角變形;2 ?/ F. L6 `! z" t
3.
  P; @" n5 |# w8 ]- `彎曲變形;
7 }% H/ I+ r7 Y; E( J+ P7 M4.$ D& B  J# `+ |4 D$ i4 q' p" I3 E
波浪變形;
  }- m* n, w: Y7 p5.
# b; |# ?( i  |/ h. z" }扭曲變形。# d' `  o: ~& ]: e
(三)、從焊接工藝上分析,影響焊縫收縮量的因  e/ w: G/ f7 k0 @' u- B
素有:
1 G" I9 Q$ D8 o, t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,
# E& l1 }) ~& J1 i9 J/ B5 |也有利于減小焊接內(nèi)應(yīng)力。
. m& M" @0 ^0 h: O' F- G6 g6 i- W備料情況和裝配質(zhì)量對(duì)焊接變形也會(huì)產(chǎn)生影響。/ I! D, C( L+ T6 E+ s4 X
焊接工藝中影響焊縫收縮量的因素有:4 ?, w) \; l) d8 K! ]
1.
6 K# C$ x* B3 H+ r$ J8 o# G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;6 L) _& {  G( \( z
2.( X- L: @9 S4 _3 U6 J! e
焊縫的縱向收縮量隨著焊縫長(zhǎng)度的增加而增加;2 m" o/ h* G, ^, C
3.
2 m3 P/ E1 n- _% E9 s/ [角焊縫的橫向收縮比對(duì)接焊縫的橫向收縮小;0 i, ~( H) u3 J
4.
% o0 u* U! i" C/ ^' w, s間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小;. l2 H* K+ Q/ b  d: e. u8 Z* ]
5.! G" O" S7 w! |+ G+ ^& {
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  y6 e8 ]  }1 z9 u( W7 W6. 在夾具固定條件下的焊接收縮量比沒(méi)有夾具固定的焊接
' k( C3 M$ K" R收縮量小,約減少40%--70%;! c$ Z* k/ _0 h' \9 y
7.
3 k0 V3 f5 B8 `4 `; I焊腳等于平板厚度的丁字接頭,角變形量較大。4 K6 A7 D+ k& S! h* W1 s% \
四、防止焊接變形的方法
+ D$ w; T  ?2 W" O8 f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(jiàn)的防止焊接變形的方法。
0 v# d+ L1 F' A5 q1. 反變形法
) d6 f- l9 o7 b5 E6 n3 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(duì)接焊時(shí),采用反變形法以后,基本消除了角變形。
3 ~# W# s3 W. M; S/ Y' O" Z2.
: Q1 d$ K5 n6 ]' @2 G8 x% g5 S利用裝配和焊接順序來(lái)控制變形;
& C' A8 ]5 P9 e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:
& @% F" W( r6 z! |& {1)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。9 X3 s" i. t6 Z" A6 K
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)。- t2 ~/ f& M$ L* V1 x- J
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(jiàn)的焊接順序有五種,即:
) x) X+ Y1 U7 t+ `a.分段退焊法
( s; D9 n% g) r4 L  u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(jiàn)圖2(f)
5 G; h6 l; Y/ ^% t9 j- \b.分中分段退焊法
0 C" D1 X( p* z9 T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(jiàn)圖2(g)1 ]: S, V; R" b+ Z' a# b' i
c.跳焊法
& k. x% o; ?& C; g5 ^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(jiàn)圖 2(h)
( b- j6 M7 Q6 ud.交替焊法
0 ?: K8 O. @- R' S0 N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(jiàn)圖2(i)
( H/ Q& {0 c/ o; t  `e.分中對(duì)稱法: I6 r3 p" j; \1 g
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(jiàn)圖2(j)
& h' F: c& l- Q) K1 g3.剛性固定法" R( b3 ^' S3 g* f- M" }) e
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
0 q; ~5 |7 W0 t3 L5 Kmm 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。, c2 }* w* c/ v# T5 H! }% z
   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
& s8 F+ e6 l: Y; d3 r9 q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。' j. L( F0 P# C' O/ U
4. 錘擊焊縫法
  i1 K+ `! F6 o  h! _; W2 e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。2 i) s% r/ S: C$ _% o
五、 常見(jiàn)復(fù)雜構(gòu)件防止變形的方法8 M( }6 P9 a0 R$ G8 R% f2 T9 ]' l$ y  N: _
1. 鋼架的焊接
; i; @, ~/ v' l+ K3 D% _  y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:+ o5 D9 d$ H$ T# d" P
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。8 j; K/ [/ w/ U% N- f+ m
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(kāi)焊接(見(jiàn)圖4(a))。% a0 y' o$ v5 F3 \: \! X
3)節(jié)點(diǎn)板與桿件之間的橫向焊縫不焊(見(jiàn)圖4(b)),各種焊縫應(yīng)盡量采用船形焊。
* f; h$ g  e1 F8 q  U: F% e2. 鍋爐集箱管接頭的焊接
. Q& r6 `+ h5 c3 l- P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(jiàn)圖5% C* _( d; S- N: V6 M, C6 F
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(kāi)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 y: M; o3 g$ Q6 S. o/ N( ~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:$ L: P' _8 b# }/ S% O
(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。
1 O& K4 q2 K+ {/ P( i/ ?7 Y(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 L8 Z0 U* ]  k( y0 {3 v7 ]
(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。
) f+ Y% I. u4 w% j) _   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。- q* }' N. X. h7 k& [
鋼結(jié)構(gòu)手工電弧焊焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)
; |( s& o3 s+ `范圍
3 U  V5 S0 m, T; I& v, 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。( t( I2 b$ w% \/ g  C6 [9 i) o
施工準(zhǔn)備
. A! h7 a, Q2 T) W" R* b$ e5 }2.1
) [" w3 [4 b. R, J. B材料及主要機(jī)具:! a4 u) e) g0 W, k" P$ e7 [& ^
2.1.1
4 d- N& W! c- E$ _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(shū)。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(shū)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
  g4 P! ^  n3 c/ w0 W不準(zhǔn)混雜使用。
2 u( I! ?& ?, b0 |! j8 ^7 K) F2.1.24 c$ |& E1 h$ B' \, ]
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。
8 D3 f4 s( M/ P2.1.3
1 D, y+ _! W1 f, |1 g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。
' {5 s4 [- e+ s0 d) Z2.2 作業(yè)條件
' T1 k9 e+ y/ ]  e+ ^1 \% G$ l2.2.1
7 L# M6 J/ r9 P) h9 J9 N6 y) S熟悉圖紙,做焊接工藝技術(shù)交底。8 h" ]1 s& q6 N( w: B
2.2.2
! Y0 P  ?! i  Y8 R: s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。
% i% [8 w, K: [. L! A7 {5 R$ U2.2.34 e" v% o3 \# E/ c! h, z
現(xiàn)場(chǎng)供電應(yīng)符合焊接用電要求。
$ @( {3 t0 P" {1 D2.2.4 環(huán)境溫度低于0℃3 G4 m4 k% z+ k& S% o
,對(duì)預(yù)熱,后熱溫度應(yīng)根據(jù)工藝試驗(yàn)確定。$ S6 U$ _& A/ g( K
操作工藝
7 n% }' M+ E1 W' Q$ f6 O- u2 Y3.1 工藝流程
8 |8 N; z* k/ v. b; e作業(yè)準(zhǔn)備 → 電弧焊接 (
  W/ l6 [4 s* k$ P, {5 o5 @" X* K平焊、立焊、橫焊、仰焊) → 焊縫檢查+ J0 |7 l& s& T8 H$ E
3.2
/ B+ l0 `4 J' c/ ^- K) Y! a鋼結(jié)構(gòu)電弧焊接:
9 |! I+ j# c) R; z8 @3.2.1 平焊
! k" w0 A& ^# L, \& X6 T1 l3.2.1.1/ X. V+ ]2 c* l# ?
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。  p4 z0 j- c) E0 i& x& `- E8 v6 c* t! i
3.2.1.2* j2 U9 F6 _! P
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。
/ W  g4 r7 W# B# |' u3.2.1.37 T; b6 T7 k' ]! D3 Q: G
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。
7 P5 C2 f- t- S1 d! k( C3.2.1.4  t: a( v7 W6 ~5 \7 j  J
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。# t8 H, d, F" Q. \$ }
3.2.1.5$ w$ C1 H) x& ?0 K* v
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(kāi),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
8 G6 \! y8 T" f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。
5 g+ U) o; t, [. _0 e* c3.2.1.6
7 z+ l( m1 m; R1 I4 t# Q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- r$ h9 o  I* [: U
與熔渣保持等距離(2~3mm)為宜。
% j( n0 ^9 o  e* ]: u1 S0 I2 m3 B3.2.1.72 Q" {* M# {1 ?" ]5 J
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。0 L9 X* b9 [6 T
3.2.1.8
3 _! ]0 Z0 g' H4 H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°+ {; w6 ?$ s$ U
;二是焊條與焊接左右?jiàn)A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。8 D7 s" Z: \! B3 T( l7 ?
3.2.1.9
" G2 l9 a' Q  D$ ^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。
+ Q4 g9 D2 r# Y: P- @3.2.1.10
: g6 `, B4 u' X5 U. o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。9 |& V4 y( w) x
3.2.23 [5 Q) `. Z% l  T
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:% b; [/ k# v' {, B. g
3.2.2.1, j# e1 z! Q3 l  h% v" t1 P
在相同條件下,焊接電源比平焊電流小10%~15%。& M/ D3 Y' t& `3 n
3.2.2.2
9 q8 n2 }1 Y; {" O2 F& x" X采用短弧焊接,弧長(zhǎng)一般為2~3mm。4 R/ A( z& {+ j
3.2.2.3
+ n1 F$ [0 a7 c2 C/ u3 G' Z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。
) u' T. _- F& ^8 G  w% S2 c8 a3.2.2.49 a1 W0 |/ w3 X! j# t4 K* B
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。
0 v/ ^( h) C. `& q0 |) c3.2.3. {6 A8 P4 P% x: j
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
: @4 }7 }9 H! O, q, K$ [6 i條角度,焊條與焊接前進(jìn)方向?yàn)?0°~90°。
. f' l3 T1 [4 P; H( y3.2.4
; z7 s+ M% Q2 F) g3 `# _( {; I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
5 B0 k. [' f; F. }, R$ K冬期低溫焊接:& L' K- d" }  F
3.3.1 在環(huán)境溫度低于0℃
7 X# \6 L7 |$ }2 s* p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。
5 u" P4 d; l* \2 q$ Y2 i; t3.3.2
, Y3 _5 m3 Y4 M4 _. |0 b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& D9 V( L  c7 C/ i
時(shí),應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn),以確定
& H  p: M- g$ S適當(dāng)?shù)念A(yù)熱,后熱溫度。: D3 ^2 _$ I( g0 V: `
質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
1 `# l8 K9 v( s' B# _! Z4.1 保證項(xiàng)目" o, V" s$ `+ H( b% r- H5 e
4.1.1- M  u* S& i$ I
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(shū)及烘焙記錄。% M6 u$ {$ ]5 W( d" M
4.1.26 R; `2 E+ y2 V% X
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。
1 }, g3 A; j6 x5 R5 i4.1.3 Ⅰ、Ⅱ: Z  h- b! V3 C' z; x# b
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。
- X) P9 H' A2 v$ T9 F0 C5 i4.1.4 焊縫表面Ⅰ、Ⅱ7 B7 G1 Y3 W$ Q, M7 K
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。
. P8 {9 V% Y9 q# R" [* b. i4.2 基本項(xiàng)目% I4 J8 l5 @! L, B
4.2.14 s0 U9 @# s# {- E
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。8 F1 D6 _2 I9 V7 `, n& F
4.2.2
- `9 S2 L- D: [. [( X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。' {5 z% b' b# T5 k$ O
4.2.3
8 }, ]) u" `; V3 y8 C咬邊:3 _& y: U# E8 g
Ⅰ級(jí)焊縫不允許。
( l' t8 J' e' A: F9 T) KⅡ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。+ C% k* i4 L' s; S4 Q+ h/ K
Ⅲ級(jí)焊縫:咬邊深度≤0.lt,且≤lmm。注;t為連接處較薄的板厚。7 x9 P  L+ A% r( O& K, u
4.3( ?' P- O/ o1 }: L
允許偏差項(xiàng)目,見(jiàn)表5-1。
/ Z* C( j5 @4 F) [, y/ `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
. g9 ?6 [$ [& a. _! r& o焊縫余高 b<20 0.5~2 0.5~2.5 0.5~3.5
5 y  L) K* n6 D# k; @+ L  \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! b7 I  R7 Y' z% d
2 角焊縫 (mm) hf>6 0~+3 量9 t& t8 X& G, w% ]8 J* _- Z
焊縫余高 hf≤6 0~+1.5 規(guī)(mm) hf>6 0~+3 檢
! a1 j5 V6 Z+ @. |0 K3 組合焊縫 T
+ o: }) S, s" I- a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≯10
* u7 ~, G) I- b" m1 u; b注:b為焊縫寬度,t為連接處較薄的板厚,hf為焊角尺寸。; B  I% o5 }# y  g
成品保護(hù)1 a+ e. @, X! [& |" t! B9 I$ _/ R
5.11 [& f& V6 ^3 s1 h7 s
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。
6 l2 ?7 u$ {) j  G0 H0 o5.29 c6 |" F9 C( u; _2 S0 R) B1 h
不準(zhǔn)隨意在焊縫外母材上引弧。
& H3 i/ I' f& e0 _5.3
7 F" B: \; m+ X. b' y2 L3 ]/ w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。
8 k" ?& x' [5 H8 w5.4: R7 _, e; ~  U( {& N
低溫焊接不準(zhǔn)立即清渣,應(yīng)等焊縫降溫后進(jìn)行。
) n6 d0 y1 L9 I; h應(yīng)注意的質(zhì)量問(wèn)題
1 ^6 X& ^6 V, |$ }6.1( G* @+ G" H0 q3 p2 W
尺寸超出允許偏差:對(duì)
1 X: _% N6 P2 G8 D% x7 Y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。; V4 ~# ~! O: k5 `% o
6.2
/ t0 f  I/ v, Z6 z, F2 N" [% 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。- A7 Q% ?+ e/ l$ S5 S2 @+ @' T% H$ U: P
6.3
! X$ b9 v  A5 A0 V/ ~+ w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。
. J' x% k0 u4 X% d( Z  S: P9 q4 k6.4
- C' W( G: b+ d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。' w) G9 J% F, p1 V; O% E9 D
質(zhì)量記錄9 [/ V4 R+ K9 k1 ^
本工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具備以下質(zhì)量記錄:" @9 W  o; ?. H" D/ p
7.1
+ }: T0 d& X! l8 n  n- g" s焊接材料質(zhì)量證明書(shū)。
2 |4 a7 e2 n& [0 P8 h, @7.2
5 F( A$ r* W) O* F. D+ I焊工合格證及編號(hào)。- \- D& b8 _- w9 L( b
7.3
* M8 K" Y" r; [- l# U* B焊接工藝試驗(yàn)報(bào)告。. @9 X7 X8 H/ T+ j5 X- Q" R
7.4  z, X. V8 T& }
焊接質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、探傷報(bào)告。
( I6 Y8 ]  v' c  y! k  e7.5& y2 S- a8 [7 K$ [5 Y
設(shè)計(jì)變更、洽商記錄。1 f/ [9 O: s6 C4 g5 {, ~5 _
7.6
4 ?; z  z4 r2 x! \隱蔽工程驗(yàn)收記錄。8 X3 a8 `' |9 N4 P/ L8 ]+ p
7.7
0 v: o8 @. s1 J8 |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) ) h2 `6 T2 G6 b
4 N  [6 m5 K  A. \9 U" j
+ ?& J1 d% b0 }) Y
1 D: t1 Z$ u$ G6 I
  X2 F4 Z4 Q2 p( V7 E- V8 z
10#
發(fā)表于 2012-1-30 07:34:29 | 只看該作者
很厚道,不用花錢(qián)就可以看到,內(nèi)容較全,實(shí)用,謝謝。

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