結(jié)構(gòu)焊接變形的預(yù)處理

1、<p>　　結(jié)構(gòu)焊接變形的預(yù)處理</p><p>　　【摘要】本文以鋼結(jié)構(gòu)制造過程中的焊接變形問題為研究對象，首先簡要分析了鋼結(jié)構(gòu)制造過程中產(chǎn)生焊接變形的主要機(jī)理，進(jìn)而通過結(jié)合實(shí)際案例的方式，詳細(xì)研究了桁架結(jié)構(gòu)焊接變形的有效控制方法，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)相關(guān)研究與實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與幫助。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；焊接變形；機(jī)理；控制方法；分析 </p&

2、gt;<p>　　中圖分類號：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　產(chǎn)生焊接變形的最主要原因在于：鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形。焊縫金屬冷卻時(shí)，當(dāng)它由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時(shí)，其體積要收縮。由于焊縫金屬與母材是緊密聯(lián)系的，因此，焊縫金屬并不能自由收縮，這將引起整個(gè)焊件的變形，同時(shí)在焊縫中引起殘余應(yīng)力。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，焊接變

3、形是各類鋼結(jié)構(gòu)制造過程中最為普遍的問題。為盡可能的保障鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造質(zhì)量，就需要針對鋼結(jié)構(gòu)制造過程中的焊接變形問題進(jìn)行嚴(yán)格且有效的控制。本文試針對以上相關(guān)問題做詳細(xì)分析與說明。 </p><p>　　1鋼結(jié)構(gòu)制造中焊接變形的產(chǎn)生機(jī)理 </p><p>　　在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中有著施工方便、質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、以及高塑性等多個(gè)方面的應(yīng)用優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于各類建筑、設(shè)備、

4、海洋工程等施工作業(yè)當(dāng)中。而在鋼結(jié)構(gòu)的制造過程當(dāng)中，焊接的過程直觀來說就是一個(gè)持續(xù)性高溫加熱的過程，在熔點(diǎn)位置極限高熱溫度的影響作用之下，導(dǎo)致熔點(diǎn)周邊金屬無法實(shí)現(xiàn)自由行的膨脹，最終于焊接過程中產(chǎn)生塑性變形。同時(shí)在焊縫及其熱影響區(qū)都存在較大的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在會導(dǎo)致焊接構(gòu)件的變形。為最大限度的保障鋼結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量，就需要相關(guān)人員針對焊接變形加以嚴(yán)格且有效的控制。 </p><p>　　2鋼結(jié)構(gòu)制造中焊接變形的控制

5、方法 </p><p>　　對于鋼結(jié)構(gòu)，特別是設(shè)備類結(jié)構(gòu)而言，焊接作業(yè)中的變形問題是不可避免的。特別是對于規(guī)模相對較大、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)制造作業(yè)而言，若無法在實(shí)際工作中對焊接變形問題進(jìn)行嚴(yán)格且有效的控制，則勢必會對整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)制造工程的質(zhì)量、工期、成本等因素產(chǎn)生極為不良的影響，最重要的是針對設(shè)備類結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)肯定出現(xiàn)錯(cuò)位、合不攏等嚴(yán)重問題。因此，如何在鋼結(jié)構(gòu)制造中，針對焊接變形加以嚴(yán)格且有效的控制，這一問題就顯得

6、至關(guān)重要的。結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)來看，需要結(jié)合工程實(shí)際，選取并設(shè)計(jì)最合理的焊接方法以及焊接順序，同時(shí)需要通過增加約束力水平的方式，來實(shí)現(xiàn)對焊接變形的有效控制，且配合對焊接坡口的有效控制，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。具體而言，可歸納為以下幾點(diǎn)： </p><p>　　2.1選用合理的焊接方法以及焊接順序 </p><p>　　本文現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例，研究焊接方法以及焊接順序的合理性，對設(shè)備結(jié)構(gòu)焊接變形控制

7、質(zhì)量的影響情況。例：露天開礦設(shè)備排土機(jī)設(shè)備中的底座，由于底座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且以中厚板應(yīng)用較多，同時(shí)結(jié)構(gòu)中存在很多的預(yù)留軸孔，這樣就對焊接的質(zhì)量要求很高，一旦出現(xiàn)變形便會影響軸的裝配，更直接影響到底座在整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)中的安裝。因此需要對變形進(jìn)行有效的控制，已達(dá)到對生產(chǎn)的質(zhì)量要求。針對此底座可以利用合理的裝配順序及焊接工藝來滿足生產(chǎn)要求。 </p><p>　　因在底座構(gòu)件上有數(shù)量較多又互相隔開的焊縫，實(shí)際生產(chǎn)中可以采取“

8、跳焊”作業(yè)方式，使構(gòu)件上的熱量分布趨于均勻，盡量避免工件呈現(xiàn)出局部性的加熱集中問題，能減少焊接變形。同時(shí)，焊接過程中還需要遵循以下幾個(gè)方面的基本原則：（1）短縫先于長縫進(jìn)行焊接；（2）內(nèi)側(cè)縫先于外側(cè)縫進(jìn)行焊接，以中心為主以渦輪形式向四周進(jìn)行擴(kuò)散焊接；（3）對接縫先于角縫進(jìn)行焊接；（4）拉應(yīng)力區(qū)縫先于剪應(yīng)力區(qū)縫、以及壓應(yīng)力區(qū)縫進(jìn)行焊接；（5）縱向焊縫先于橫向焊縫；（6）盡量減少或是避免封閉焊。借助于上述方式，確保焊接焊縫所引發(fā)的變形作用力

9、能夠相互收縮與抵消，防止變形問題演變成為整體性的變形問題。 </p><p>　　2.2適當(dāng)利用剛性固定來控制焊接變形 </p><p>　　所謂剛性固定法即在焊前對焊件采用外加剛性約束，強(qiáng)制焊件在焊接時(shí)不能自由變形，來防止焊接殘余變形的方法。以露天開礦設(shè)備排土機(jī)設(shè)備中上部的塔門焊接為例，塔門生產(chǎn)焊接分為單片組焊、箱體組對及塔門結(jié)構(gòu)拼裝阻焊。 </p><p>　　

10、塔門是以厚度為中板組對而成的箱體，在生產(chǎn)焊接時(shí)先組焊單片，把需要組焊的單片擺放在剛性平臺上，板面中間以壓鐵壓住，周邊封胎，再焊接，等焊縫冷卻之后，再磨掉固定焊縫，移除壓鐵，這樣可避免在組對單片時(shí)產(chǎn)生波浪變形。 </p><p>　　在組對塔門箱體時(shí)一般都是利用地面胎架，以箱體一面為基準(zhǔn)將其固定在胎架上，進(jìn)行封胎組對，這樣在進(jìn)行箱體組裝焊接時(shí)，胎架起到剛性固定作用，進(jìn)行強(qiáng)制變形的產(chǎn)生。組對箱體兩側(cè)板時(shí)，用臨時(shí)支撐增

11、加結(jié)構(gòu)件的約束，在容易發(fā)生變形的部位焊上一些臨時(shí)支撐或拉桿，增加局部的剛度，能有效的減少焊接變形。 </p><p>　　最后塔門與回轉(zhuǎn)底座進(jìn)行拼裝焊接時(shí)，利用剛性固定尤其重要，因此結(jié)構(gòu)體系最為突出的特點(diǎn)體現(xiàn)在：構(gòu)件重大、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜程度高、焊接變形控制難度較大等特點(diǎn)。結(jié)合該設(shè)備結(jié)構(gòu)焊接的實(shí)際情況來看，最有效的焊接變形控制方式應(yīng)當(dāng)通過適當(dāng)增加水平約束力的方式予以實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)對此設(shè)備結(jié)構(gòu)焊接變形的良好控制，就需要在塔門

12、與底座對接焊接之前，將塔門吊裝就位，并與底座之連接。通過此種方式，形成局部性的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。拼裝采用的是立裝，由于高度較高，整個(gè)結(jié)構(gòu)體兩側(cè)也相應(yīng)增加剛性約束 ，這樣使得整個(gè)拼裝結(jié)構(gòu)件在拼裝焊接時(shí)的變形得到有效控制。 </p><p>　　2.3對焊接坡口的有效控制 </p><p>　　實(shí)踐研究結(jié)果證實(shí)：通過對結(jié)構(gòu)焊接坡口的良好控制，同樣能夠達(dá)到降低焊接變形的重要目的。主要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況：根

13、據(jù)結(jié)構(gòu)形式設(shè)置合理的坡口形式；根據(jù)板厚程度設(shè)置合理的坡口形式等。 </p><p>　　以拼接性焊縫為例，大型容器類或是筒體軸向一般會采用對接，拼裝若采用立式時(shí)，對接坡口可以開在上端，下端不開坡口，這樣形成單V型坡口焊，便于實(shí)施橫焊。這就是典型的根據(jù)結(jié)構(gòu)形式來設(shè)置坡口，達(dá)到對焊接的良好控制。特別是對于厚度較厚板材拼接性焊縫的變形控制而言，為了最大限度的防止結(jié)構(gòu)在焊接后期產(chǎn)生突出的變形問題，就需要將焊接破口設(shè)置為非

14、對稱性的坡口。具體的操作方式應(yīng)當(dāng)為：首先將焊接坡口較深一側(cè)的2/3區(qū)域翻轉(zhuǎn)至正面，背面加固定馬板，并采用多層多道的方式進(jìn)行焊接。在焊接完成之后再將剩余的1/3區(qū)域翻轉(zhuǎn)過來進(jìn)行氣刨清根焊接。在兩次翻轉(zhuǎn)焊接作用下完成對整體拼縫的焊接處理。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，通過對焊接坡口的合理設(shè)置，可最大限度的降低拼接縫焊接過程中的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對焊接變形的良好控制。 </p><p>　　2.4根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)采用

15、合理的工藝方式 </p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)中裝配方法的利用:(1) 將所有能預(yù)組裝的要提前進(jìn)行預(yù)組裝后焊接妥，以小組件的形式進(jìn)行大組裝，這樣可減少主體的焊接量，從而減少或控制主體的應(yīng)力和變形;(2)留余量法：此法即是在下料時(shí)，將零件的長度或?qū)挾瘸叽绫仍O(shè)計(jì)尺寸適當(dāng)加大，以補(bǔ)償焊件的收縮。余量的多少可根據(jù)公式并結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來確定。留余量法主要是用于防止焊件的收縮變形。（3）利用反變形法來控制焊接殘余變形為了抵消焊

16、接殘余變形，焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，這種方法稱為反變形法。反變形法很適合對接焊產(chǎn)生的角變形。 </p><p><b>　　3結(jié)束語 </b></p><p>　　通過本文以上分析需要認(rèn)識到：設(shè)備類結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代制造行業(yè)中最為常見的鋼結(jié)構(gòu)形式之一，在焊接作業(yè)過程當(dāng)中潛在變形問題的可能性。因此，需要結(jié)合設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)情況，對所產(chǎn)生的焊接變

17、形加以嚴(yán)格且有效的控制?？偠灾?，本文針對有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)制造過程中焊接變形及其控制過程中所涉及到的相關(guān)問題做出了簡要分析與說明，希望能夠引起各方工作人員的特別關(guān)注與重視。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]汪建華，陸?zhàn)?，魏良武?固有應(yīng)變有限元法預(yù)測焊接變形理論及其應(yīng)用[J].焊接學(xué)報(bào)，2002（6）. </p>