大型钢结构制作中焊接变形的控制

大型钢结构制作中焊接变形的控制1大型钢机构焊接的难点分析在大型钢结构焊接过程当中，要想进一步达到一定精度的工艺，解决结构自由度、焊接的热源集中，温度分散不均等问题，在焊接处划分细密适当的网格是关键。但是，如果网格增加了，相关的计算工作就会很麻烦，这也是划分网格所带来的新的难题。而焊接长度过长也会影响大型钢结构焊接的模拟分析。在大型钢结构焊接过程中，由于焊接工艺会随着时间的变化而变化，这就导致了一系列复杂的瞬态分析。瞬态分析并不是静止的，它是一个动态的过程，那么这就要求我们要站在静态场的角度来看动态场，而且同时还要分析时间的增量，最后再对每一个静态场的时间分量进行瞬态分析。在大型钢结构焊接过程中，应力场与温度场会受外界环境影响而发生变化，所以就要用一部分时间分量对此种现象加以描述，这样做能够降低数据分析与计算失误的概率，毕竟，整个过程的计算量是十分大的。2影响大型钢结构焊接工艺的主要因素在大型钢结构焊接工艺中，各个部件彼此制约，却又彼此联系。在对部件进行加热工作的时候，很容易出现受热不均的现象，这样一来，就容易造成部件的热胀冷缩，应力不均，最后就容易造成结构焊接的变形与扭曲。本文对影响大型钢结构焊接工艺的多种因素进行的探讨如下:进行大型钢进行结构焊接相关工作时，一定要重视焊接接缝，力求做到均匀，不然的话，就容易造成变形。除此之外，焊接接缝的分布也不宜过密，否则的话，会使应力叠加，加重焊接变形程度。在焊接的时候，变形还会受到结构刚度的影响，刚度越小的构件在焊接后发生的变形就会越大。而且，焊接顺序也是不可忽略的一点，焊接顺序也会对焊接工艺造成一定的影响，如果焊接顺序不当，那么也会诱发变形。还有一个细节问题人们容易忽视，那就是焊接的坡口，它也会影响焊接工艺，坡口越大，变形程度也就会越大。高工艺水准以及严格的焊接规范都能够降低变形的程度。3避免大型钢焊接变形的有效办法和措施第一，一定要重视坡口设置的相关工作。在开展大型钢焊接工作的时候，要先将钢材翻转到背面，然后在距离坡口比较深的三分之一处进行焊接，随后再翻转焊接剩余部分，可别小看了这个步骤，这可是拼接焊缝的技术要领，其重要性不言而喻。如此一来，只需要进行两次翻转工作就能够轻松的实现焊接工艺，并且这样的工序可以降低焊接变形的概率，提高了工效。第二，要严格遵循正确的焊接顺序。在对钢板进行拼接的时候，最先进行处理的应该是横焊接缝，随后再对竖焊接缝进行处理。除此之外，在焊接的时候一定要等待横向收缩得到释放再进行下一步的纵向收缩，这样能够在一定程度上降低焊接变形的发生概率。第三，还有一些特殊的措施可以降低变形发生的概率。在对腹板薄与翼板的角进行焊接的时候，往往能够采用一些特殊的措施来减少变形。比如用焊接热输入，再进一步精确计算变形的数值，这样就能够在腹板与叠板进行焊接后使他们恢复到原来平直的状态，而且贴合度也能够满足要求。第四，在对称焊接方面应该使用更加合理的工艺手法，以提高焊接的水平。就拿两侧和腹板焊接作为例子，在进行此类焊接的时候，一定要在筋板两侧都安排焊工，并且两侧的焊工要同时进行焊接，这样可以避免变形，焊接出来的筋板和腹板也能够保持垂直的状态。4减少焊接应力的技巧和工艺一定要保证焊缝的尺寸在合理范围，而且必须要选用合适的焊接参数与材料，焊接所运用的工艺也是有讲究的，要掌握一定的热处理的相关措施，与此同时，还可以搭配振动时效方法来降低应力。焊缝容易受到热胀冷缩的影响，在此过程之中很容易形成焊接应力。选用锰与硅含量较高的材料进行焊接会比较的好。5结束语在大型钢结构焊接的过程当中，有一系列行之有效的方法可以降低变形率。本文对这些方法进行了具体地分析与研究，希望能够提高大型钢结构焊接技术的工艺与水平。__1.1焊缝分布的影响在焊接设计时忽略了焊缝均匀分布的问题[3]，就容易造成焊缝密集区和焊缝稀疏区的变形程度不一致的问题。1.2焊缝过分集中的影响焊缝过分集中会加大焊接变形，使应力过多的叠加在一起。1.3结构刚度的影响通常情况下，结构刚度小的构件，焊后变形大，相反，结构刚度大的构件，焊后变形小。1.4焊接顺序的影响不正确的焊接顺序会在焊后产生不同的变形量。1.5坡口形式的影响焊接坡口小，焊接变形就小，反之就焊接变形越严重。1.6焊接工艺的影响在焊接过程中，不同的焊接工艺规范在相同焊件上也会产生不同的焊接变形，快速、小电流的多层和多道焊，焊条不摆动，焊后变形就小。2控制焊接变形的方法2.1坡口设置焊接坡口设置如图1所示。在进行拼接焊缝时，先翻转背面，对坡口较深一侧的1/3进行焊接，再翻转焊接剩余的部分。这种方法只需翻转两次，生产效率高，而且焊接变形小。图1焊接坡口设置2.2选择合理的焊接顺序如图2所示，在拼接多块钢板时，要先对横焊缝进行焊接，再对纵焊缝进行焊接。图2合理安排焊接顺序图中标出四处焊缝，其中焊缝4必须在完成1至3处焊缝的拼接之后再进行焊接，按照这一顺序，当焊接焊缝4而产生纵向收缩的时候，在焊接1至3时所产生的横向收缩已经得到了充分的释放，不会出现严重的焊后变形。2.3反变形措施在薄翼板和腹板的焊接等角焊缝的焊接中常用反变形措施。如图3所示，叠板1、2的厚度是25毫米，它们在和腹板进行焊接时，容易产生叠板两端向腹板方向翘曲变形的现象，可以采取如图3a的反变形措施，通过焊接热输入精确计算变形量b，如此便可以让腹板在与叠板1、2焊接后恢复到平直状态，且能够保证叠板1、2之间的贴合面要求。图3反变形措施2.4对称焊缝采用对称焊接施工对称焊接施工主要应用于对称构件、焊缝分布均匀、截面形状对称等情况。以两侧都与腹板焊接的筋板为例，在进行焊接时需要在筋板的两侧分别有一名焊工同时进行施焊才能保证较少的校形，使焊后的筋板基本垂直于腹板。3减少焊接应力的措施3.1焊缝尺寸的选择焊接区域热胀冷缩形成焊缝应力，热输入与焊接区域成正比，因此焊接区域越小，焊后变形就会越小，例如厚板、小角度坡口就要尽可能的使用双面坡口。3.2合适的焊接材料和焊接参数为提高焊缝金属的抗裂性能、韧性和塑性，有效降低应力集中和焊缝中淬硬组织的刑场，就要选择适当的焊材。一般情况下，要使焊缝金属的含碳量低于母材，为达到与母材的同等强度，会对焊缝中的锰、硅含量进行提高。另外，焊接变形和焊接参数中的焊接线能量之间是正比例关系，焊接线能量越大，在进行焊接时所产生的应力就越大，塑形变性也就越大。3.3合理的焊接工艺在对钢结构中的长焊缝进行焊接时，一般可采取分段焊接的方法。在进行分段焊接时要注意避免两端焊材的接头对齐，保证两个焊材的接头处相互交错覆盖住对方的接头。另外用分段焊接代替连续焊接时，还要避免焊接变形，当温度过高时，要翻转焊接背面并且停下来等温度降低。在进行三面焊接时，可以先从中间焊起，再向两侧蔓延，适当的改变焊接方向也有利于减少焊后变形。3.4热处理措施为防止裂纹的产生，并消除应力和变形，我们可以采取适当的热处理措施。例如在厚板下料和焊接前要先对其进行预热，可以有效避免气割边缘和焊缝产生较大的应力，抑制淬硬组织马氏体的形成，降低热影响区和焊缝金属的冷却速度，减少焊接变形的发生。3.5采取振动时效的方法消除应力如果某些结构件如大型结构件不易进行焊缝退火处理的话，可以进行振动时效。所谓的振动时效就是将一个与固有谐振频率一致的周期振动力施加在工件上，使其产生共振，从而在工件内部通过共振能量产生微小的塑性变形，消除或均匀化残余应力，将残余应力曹成的歪曲晶格恢复到平衡状态。采取振动时效的方法具有效果好、效率高、生产周期短等优点。[1]张永涛.大型钢构件制作加工过程中残余应力与变形的理论分析与实践[D].河北工业大学2013[2]张利国,姬书得,方洪渊,等.分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响[J].焊接学报.2011(12)[3]陈倩清,唐永刚,王景代.大跨度钢箱梁焊接变形控制研究[J].江苏科技大学学报(自然科学版).2012(03)