溫忠亮 劉亞 張力文
【摘 要】焊接變形在現(xiàn)代焊接工業(yè)過程中是一種常見的發(fā)生現(xiàn)象,對鋼材材結(jié)構(gòu)性能影響非常大,本文將分析焊接變形產(chǎn)生的因素,并采取很好的解決辦法。
【關(guān)鍵詞】焊接變形;影響因素;解決措施
0.前言
在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平高速發(fā)展中,鋼材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、建筑、運輸?shù)阮I(lǐng)域里,其焊接技術(shù)在這里面發(fā)揮了很重要的作用,并成為影響鋼材結(jié)構(gòu)性能的重要因素。在焊接過程中由于受到急劇的非平衡加熱或冷卻,如果操作不當(dāng),或是因為其他因素長期引起焊縫的產(chǎn)生,通常在這些焊縫處受到溫度的影響,就會發(fā)生收縮現(xiàn)象,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。焊接殘余變形成為影響結(jié)構(gòu)設(shè)計完整性、制造工藝合理性與結(jié)構(gòu)使用可靠性的最至關(guān)重要的因素。當(dāng)鋼材變形量在一定的允許承受值內(nèi)時,沒有進行處理,假設(shè)變形量一旦超出這個承受范圍,就需要對焊接變形處進行矯正,矯正的工作量會比開始允許承受值變形值內(nèi)的工作量大,如果某些焊接變形的材料在矯正后往往會因為無法使用而廢棄,或者能在正常使用,也會造成作業(yè)時間的增加。所以預(yù)防和控制焊接變形的發(fā)生,分析焊接變形產(chǎn)生的因素,解決存在的問題,才能有效的避免焊接變形的發(fā)生機率。
1.焊接變形發(fā)生的影響因素
焊接時通常采用集中熱源局部高溫加熱,所以在焊件上就會造成不均勻的溫度場,焊接變形可以分為在焊接熱過程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形,以及在室溫條件下發(fā)生的殘余變形。焊接結(jié)構(gòu)件變形的因素非常多,包括:焊接參數(shù)(WPS文件參數(shù))導(dǎo)致的變形、錯邊變形、母材的材質(zhì)導(dǎo)致的變形、波浪變形、焊接方法不嫻熟或者方法不正確導(dǎo)致的變形、填充材料導(dǎo)致的變形和焊接順序不正確導(dǎo)致的變形等,接下來我們將分析影響焊接變形的發(fā)生因素。
1.1材料因素的影響
材料的影響是由自身的化學(xué)成分、 組織狀態(tài)以及力學(xué)性能等方面,都會對其焊接性有必然影響。如: 鋁和鈦的化學(xué)性質(zhì)很活潑,鋁制品卻很耐腐蝕,但是比較容易氧化和燒損, 因此在焊接時,它們就比鐵要困難得多。材料因素對焊接變形的影響通常會由兩方面決定,一是焊接材料,包括焊條、焊劑、焊絲、金屬粉末和氣體等。二是材料的熱物理性能參數(shù)與力學(xué)性能參數(shù)。物理性能參數(shù)的影響比較單一,受熱傳導(dǎo)系數(shù)上越小,溫度梯度越大,焊接變形就會越明顯。力學(xué)性能對焊接變形的影響相對非常復(fù)雜,會隨著熱膨脹系數(shù)的增加焊接變形就更加明顯。同時材料隨著彈性模量的不斷增加,焊接變形相反而減少,并且較高的屈服極限會造成更高的殘余應(yīng)力,焊接結(jié)構(gòu)存儲的變形能量也會因此而增,并造成脆性斷裂。此外,由于塑性應(yīng)變較小且塑性區(qū)范圍不大就會造成焊接變形得以減少。
1.2焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置影響
焊縫在焊接結(jié)構(gòu)中的位置影響是顯而易見的,結(jié)構(gòu)在焊接變形過程中工件本身的拘束度是可以變化的,金屬結(jié)構(gòu)的剛性由結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸的大小決定。自身為變拘束結(jié)構(gòu),隨拘束度的增加,焊接殘余應(yīng)力增加,而焊接變形則相應(yīng)減少。同時還受到外加拘束的影響,而最終還是受位置對稱性的影響。例如:在焊件中性軸的一側(cè)時,焊件在焊后將向焊縫一側(cè)彎曲,同時焊縫距離中性軸距離增加,焊件就會更加容易發(fā)生彎曲變形。在整個焊接結(jié)構(gòu)中,假設(shè)中性軸兩側(cè)焊縫的數(shù)目都不一樣,且焊縫距中性軸的距離大小也都不一樣,也非常容易引起結(jié)構(gòu)的彎曲變形發(fā)生。
1.3焊接工藝對焊接變形的影響
焊接工藝對焊接變形的影響有收縮量因素,焊縫的縱向收縮量是隨著焊縫長度的增大而增大;間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小。同時焊接方法、構(gòu)件的定位或固定方法、焊接輸入電流電壓量、焊接胎架及夾具的應(yīng)用、焊接順序等對焊接變形都有影響。而影響最大的是焊接順序,通常情況下,改變焊接順序往往能夠改變殘余應(yīng)力的分布和應(yīng)力狀態(tài),減少焊接變形等發(fā)生。多層焊和焊接工藝參數(shù)也對焊接變形影響非常大。
2.焊接變形的解決措施
2.1改進焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計
焊接尺寸對焊接變形有著明顯的影響,焊縫尺寸大會影響焊接量大,同時還對焊接變形也影響大,所以在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下,設(shè)計時應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。同時還需要避免焊縫的不均勻布置與集中分布,設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時,使焊縫對稱于截面中性軸,或者是使焊縫接近中性軸,效果是對梁、柱等類型結(jié)構(gòu)的撓曲變形減少有好的作用。同時為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力,需要減少不必要的焊縫,采用壓型結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu), 滿足較小焊縫的尺寸需求,可以有效防止薄板結(jié)構(gòu)變形,達到控制焊接變形發(fā)生。
2.2提高焊接工藝方法
在焊接構(gòu)件生產(chǎn)制造過程中,選擇合理的焊接方法和規(guī)范,焊前,需要預(yù)防變形、預(yù)拉伸法和剛性固定組裝法。反變形法事先估計好焊件焊接變形大小和方向,在待焊工件裝配時造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)、方向相反的預(yù)變形量(反變形量),焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形量,使構(gòu)件恢復(fù)到設(shè)計要求的幾何形狀和尺寸。剛性固定組裝法是采用夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡可能地固定, 提前對焊件加以固定,提高結(jié)構(gòu)剛性來限制焊接變形,可有效地控制待焊構(gòu)件的角變形與彎曲變形等。預(yù)拉伸法多用于薄板平面構(gòu)件,在薄板有預(yù)張力或有預(yù)先熱膨脹量的情況下焊接。焊后,去除預(yù)拉伸或加熱,薄板恢復(fù)初始狀態(tài),可有效地降低焊接殘余應(yīng)力,控制焊接變形。
2.3做好焊后矯正工作
當(dāng)構(gòu)件焊接后,焊接結(jié)構(gòu)不可避免地要產(chǎn)生焊接變形,只能通過矯正焊接變形措施來減小或消除已發(fā)生的殘余變形。矯正焊接變形有機械校正法、火焰校正法。采用機械校正法校正前要分析焊縫應(yīng)力的方向,并找準(zhǔn)應(yīng)力點,以采取適當(dāng)?shù)姆椒ú僮鳌2捎没鹧嫘UㄕJ(rèn)真分析變形發(fā)生狀況,并制定矯正工作方法,才能確定加熱位置及矯正步驟。同時還需要對材料性質(zhì)的認(rèn)真了解,然后決定加熱溫度達到,目的是使易受溫度影響的材料能夠有效避免在性能上產(chǎn)生變化,對構(gòu)件產(chǎn)生影響。在矯正薄板時,對受熱溫度的影響區(qū)窄,在錘擊時盡量要用木錘,才能很好的達到矯正的效果。 [科]
【參考文獻】
[1]冀振.焊接變形的預(yù)防與控制[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2012(17).
[2]李傳標(biāo).建筑工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工變形控制的解析[J].建筑遺產(chǎn),2013(22).
[3]羅滿香.焊接變形工藝校正方法的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2010(18):44.