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厚板焊接变形与焊接应力的控制

发布日期:2018-05-03 作者: 点击:

    在焊接过程中,厚板对接焊后的变形主要是角变形。实际生产中,为控制变形,往往先焊正面的一部分焊道,翻转工件,碳刨清根后焊反面的焊道,再翻转工件,这样如此往复。

    一般来说,每次翻身焊接三至五道后即可翻身,直至焊满正面的各道焊缝。同时在施焊时要随时观察其角变形情况,留意随时预备翻身焊接,以尽可能地减少焊接变形及焊缝内应力。另外,设置胎模夹具,对构件进行约束来控制变形,此类方法一般适用于异形厚板结构,由于厚板异形结构造型奇异、断面、截面尺寸各异,在自由状态下,尺寸精度难以保证,这就需要根据构件的外形,制作胎模夹具,将构件处于固定的状态下进行装配、定位、焊接,进而来控制焊接变形。

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    选择与控制公道的焊接顺序,即是防止焊接应力的有效措施,亦是防止焊接变形的最有效的方法之一。根据不同的焊接方法,制定不同的焊接顺序,埋弧焊一般采用逆向法、退步法;CO2气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法;编制公道的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度”。

    构件焊接时产生瞬时应力,焊后产生残余应力,并同时产生残余变形,这是客观规律。一般在制作过程中重视的是控制变形,往往采取措施来增大被焊构件的刚性,以求减小变形,而忽略与此同时所增加的瞬时应力与焊接残余应力。对于刚性大、板材厚的构件,固然残余变形相对较小,但会产生巨大的拉应力,甚至导致裂纹。在未产生裂纹的情况下,残余应力在结构受载时内力均匀化的过程中往往导致构件失稳、变形甚至破坏。因此焊接应力的控制与消除构件在制作过程中显得十分重要。

    控制应力的目标是降低应力的峰值并使其均匀分布。

    在焊接较多的组装条件下,应根据构件外形和焊缝的布置,采取先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。

    在焊接过程中为了减少焊接热输进流失过快,避免焊缝在结晶过程中产生裂纹,当板厚达到一定厚度时,焊前应进行预热,对焊缝周边一定范围内进行加热,加热温度视板厚及母材碳当量(CE)而定。

    当构件上某一条焊缝经预热施焊时,构件焊缝区域温度非常高,伴随着焊缝施焊的进展,该区域内必定产生热胀冷缩的现象,而该区域仅占构件截面中很小一部分,此外的部分母材均处于冷却(常温)状态,由此对焊接区域产生巨大的刚性拘束,造成很大应力,甚至产生裂纹。若此时在焊缝区域的对称部位进行加热,温度略高于预热温度,且加热温度始终伴随着焊接全程,则上述应力状况会大为减小,构件变形亦会大大改观。

    固然采取一定措施可控制焊接应力,但是大多数厚板构件焊完后仍然存在相当大的应力,需在构件完工后在其焊缝背部或焊缝二侧进行烘烤以消除残余应力。


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