FWY-钢梁(工形断面)焊接变形的控制

钢梁(工形断面)焊接变形的控制中铁五局一公司：潘红[摘要]对钢梁焊接中产生的变形原因和大小进行分析，提出了利用预留变形量的反变形来消除焊后残余变形的方法。通过选取合适的反变形量、焊接材料、采用合理的焊接规范、可以解决钢梁焊接产生的横向收缩变形和角变形。[关键词]钢梁焊接预留变形反变形法1、前言焊接变形是焊接结构生产中经常出现的问题。工件上出现了变形，就要花许多工时在桥上。比较复杂的变形，矫正的工作量可能比焊接工作量还要大。有时变形太大，甚至无法矫正，造成废品。焊接变形不但影响结构尺寸的准确和外观美观，而且有可能降低结构的承载能力，引发事故。因此掌握焊接变形的规律和控制变形具有十分重要的现实意义。2、问题的提出秦沈钢混结合梁采用全焊接结构，由于焊接就不可避免的存在焊接变形。而钢梁的主要焊接是工字形断面，如图1，即腹板与盖板的熔透焊接─角焊缝。此处变形最大，其坡口形成如图2。要求焊后符合《秦沈客运专线桥梁制造与架设施工技术细则》(试行)，焊后无变形。3、焊接3.１、应力分析(1)焊接变形产生的根本原因是焊接应力的存在，因此掌握焊应力的分布情况就能掌握焊接变形的规律，从而控制焊接变形。盖板腹板腹板角焊缝BHP图１图2腹板厚B+0.1~0.5HP0~-0.5209926x+L-图3在对接焊中，沿焊缝方向的应力称为纵向应力，焊缝及其附近的塑性变形区为内应力，而两侧为压应力，如图3。(2)垂直于焊缝的应力为横向应力，它的分布比较复杂，由两部分组成。一个由焊缝及附近的塑性变形区的纵向收缩引起，另一个是由焊缝及其附近的塑性变形的横向收缩的来同时性的引起的，因此必须在两端加上压力，中间加上拉力，才能恢复原位。焊缝上必须存在着两端部分为压应力，中心部分为拉应力的应力，这就构成横向力的一部分，由于焊缝不是同时完成，各部分有先后之分，先焊部分限制后焊部分的横向收缩。这种限制与反限制构成了横向应力的另一部分。横向应力的两个组成部分是同时存在的最终横向应力是它们两者的合成。如图4。(3)横向应力在焊缝厚度方向的分布是不均匀的，焊缝根部的极高，这是因为多层焊时，每焊一层，焊接接头都产生一次角变形，横向应力在厚度上分布，如图5。бy+_图43.2焊接变形分析3.2.１、纵向收缩变形在焊接过程中，焊件经受复杂的温度变化，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受阻，产生压缩塑性变形，形成压缩塑性变形区，它的存在使工件相当于受到一个外加压力的作用而缩短，产生纵向收缩。同样截面的焊缝多层焊所引起的纵向收缩比单层焊小，分的层数越多，每层所用的线能量就越小，变形越小。3.2.２、横向收缩变形焊接时，随焊接热源的移动。工件被逐步的加热膨胀，使焊接间隙减少，单位厚度的焊接线能量越大，间隙变化也越大。在冷却过程中，焊缝金属由于很快凝固，随后又恢复弹性，因此阻碍工件的焊接边收缩到原来的位置。焊缝冷却后就产生了横向收缩变形。３.2.3、角变形4、工艺措施＋图五从工艺角度上预防焊接变形的措施主要有：１、反变形法是生产中最常用的方法，根据结构的形状，然后在装配时给予一个相反方向的变形与焊接变形相抵，使焊接后构件保持设计要求。２、刚性固定法，将构件加固来限制接变形，在钢梁的接中由于结构大，刚性固定不易，效果不理想。３、合理的焊接方法和规范，选用线量低的焊接方法，可以有效地防止焊接变形，例如CO2电弧焊的方法，由于工厂条件的，我们选择反变形法和适当预留量加上合理的焊接规范来控制焊接变形。(1)焊接材料和焊接规范工字梁材质盖板为14MnNbq，由于此材质第一次用于桥梁，加入了稀土金属Ｎb，可焊性良好。焊接时选肜相应强度的φ3.2焊丝，用埋弧自动焊焊接。先点焊，再用CO2气体保护焊打底，后自动焊，焊接第一层的要求必须融合良好，不得有裂纹、夹渣、气孔等缺陷。否则，将直接影响焊缝质量，因此一层是整个结构焊缝的关键。必须掌握好焊接规范，正面焊后，清根后封底焊。(2)焊接方法a、组成工形杆件后，在胎架上先用CO2气体保护焊打。b、在600船型胎上施焊。c、焊接第一道时，用碳弧刨清根后，再肜砂轮靡出金属光泽后施焊，背面用φ3.2焊丝焊接。d、首先焊接四条焊缝的根部焊道(各两道)，上(下)拱杆先焊下(上)翼缘(盖板)，再焊接盖板焊道。e、正面坡根部焊缝(两道)焊完后，背面坡口根部焊道前必须采取碳弧刨清根，再焊坡口打磨干净。(3)预留变量Ａ、考虑到整体节点杆件，四条主焊缝均为坡口焊，焊接变形大，为保证杆件整体公差，盖腹板单件下料时预留16mm的焊接收缩量。Ｂ、盖板精切时，为保证现场的对接，下料时预留焊接收缩量5mm。4、结论采肜上述反变形和焊接规范，预留变量，最大限度地减少了结构变形，焊缝成形美观，满足设计，符合《秦沈客运专线桥梁与架设施工技术细则》(试行)要求。实践证明，工字钢梁的工件对接焊中，采用反变形法和预留变形量控制焊接变形是行之有效的，可以有效降低结构变形。参考文献：《焊接结构》田锡唐机械工业出版社