焊接的收缩变形

焊接的收缩变形（精选6篇）

焊接的收缩变形 第1篇

关键词：焊接技术,变形形式,影响因素,收缩变形的经验计算,减少收缩变形

焊接是一种热加工的加工工艺, 加工过程中, 工件会产生热胀冷缩现象, 在工件结构内部的力 (应力) 及外部的力 (拘束力) 共同影响下, 必然会产生变形及应力状态的变化。由焊接加工而产生的变形及应力变化, 就是焊接变形及焊接应力。“焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因, 焊接变形使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求, 直接影响结构的制造质量和使用性能”。

“收缩变形是焊接变形的一种形式, 是指焊件尺寸比焊前缩短的现象”。焊接变形和焊接应力产生的主要原因就是焊件的不均匀受热, 焊缝金属的收缩、焊接热影响区金相组织的变化、焊件的刚性及外部加入的拘束力等都对焊接变形和焊接应力有着较大的影响。影响焊接变形的因素很多, 产生的变形也很复杂, 由收缩造成的焊件尺寸缩短的收缩变形;沿焊缝厚度方向横向收缩不均匀造成的角变形;沿焊件宽度方向收缩不均匀造成的弯曲变形;焊缝角变形沿焊缝长度方向分布不均匀造成的扭曲变形;大面积平板在不均匀的收缩下产生的波浪变形。

1纵向收缩变形

“纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短”。如果我们设焊接前的长度为L, 焊后的长度为L-Δx, 则Δx为焊后纵向收缩变形量。Δx的大小取决于“焊缝长度、焊件的截面积、材料的弹性模量、压缩塑性变形区的面积以及压缩塑性变形率有关, 焊接的截面积越大, 焊件的纵向收缩量越小;焊缝的长度越长, 纵向收缩量越大”。

2横向收缩变形

“横向收缩变形是指沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短”。如果我们设焊接前的宽度为B, 焊后的宽度为B-Δy, 则Δy为焊后横向收缩变形量。Δy的大小与热输入、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以及焊件的刚性等有关, 焊接热输入越大, 焊件的横向收缩量越大;装配间隙越大, 横向收缩量越大;焊件的刚性越大, 横向收缩量越小。

3收缩变形的经验计算

在焊接生产中, 影响焊缝收缩量的因素很多, (1) 在焊缝设计上的因素:母材的成分;母材的厚度;焊接结构形式;焊缝数量;焊缝长度;坡口形式等。 (2) 在生产工艺上的因素:装配间隙大小;焊件是否有刚性固定;焊接方法;焊接热输入大小;定位焊;焊接层数、道数;焊接方向、顺序等。 (3) 环境因素:室内还是室外;环境温度、湿度等都影响着焊缝的收缩量。为了能估算焊接收缩量的大小, 避免复杂的计算, 在实际工作中, 计算单层对接焊缝的焊接收缩量, 可采用以下的经验公式。

1) 纵向收缩量

k1:系数, 低碳钢焊接, 手工电弧焊为0.5, 埋弧为0.7, CO2气体保护焊为0.43;AH:焊缝的横截面积;L:焊缝长度;A:焊件的横截面积。

2) 横向收缩量

δ:板厚;b:装配间隙。

4减小收缩变形

我们知道, 焊接的收缩变形与很多因素有关, 要想减小焊接收缩变形, 进而减小焊接变形对整体结构的影响, 可以从以下几方面加以考虑。

(1) 在焊缝设计上, 由于母材的成分、钢板厚度、焊接结构形式等是根据焊件的使用要求、强度要求、材料的供应情况等不可改变因素所决定, 不能做任何修改。因此, 要在焊缝形状、尺寸、数量和位置上加以考虑。

1) 首先要选择合理的焊缝形状和尺寸。焊缝尺寸越小, 焊接变形越小, 在保证结构有足够承载能力的前提下, 可以选择最小的焊缝尺寸;选择合理的坡口形式, 如用截面小的U型坡口替代截面较大的V型坡口;2) 焊缝越多, 结构产生的变形就越大, 尽可能减少焊缝的数量, 只要允许, 多采用型材、冲压件、铸件, 以减少焊缝数量;3) 合理安排焊缝位置, 焊缝离结构截面的中性轴越远, 变形量越大, “要把焊缝设计在结构截面的中性轴或靠近中性轴, 力求使中性轴两侧的变形大小相等方向相反”。这些焊缝设计的措施, 都是减小焊接变形的最根本的措施。

(2) 在实际生产上, 合理化生产工艺, 采用能减小结构焊接变形的操作方法, 减小结构的焊接变形。

1) 采用留余量法, 就是在下料时将零件的长度或宽度尺寸适当加大 (比较与设计尺寸) , 加大多少, 可以通过经验技术获得, 这些加大尺寸, 用以补偿焊件的收缩;2) 采用反变形法, 根据焊件的变形是有规律可循的, 通过规律, 在工件焊接前预先将其向与产生焊接变形方向相反的方向, 进行一个人为的变形, 反变形的量与坡口形式、焊接参数等有关;3) 采用刚性固定法, 增加工件的刚性, 把工件固定在刚性平台上或由几个工件组成刚性更大或对称的结构;提高对焊缝边缘的拘束, 利用夹具或临时支撑, 把工件固定住, 特别是焊缝边缘产生变形最大的位置;4) 合理的装配焊接顺序, “以小拼大”, “化整为零, 集零为整”;施焊的焊缝尽量靠近结构截面中性轴;对称布置结构, 选用偶数焊工对称施焊;5) 选择合理的焊接方法和焊接工艺参数, 工件的受热越小, 产生的变形越小, 现今可以尽量采用先进的焊接方法, 利用热效能高, 能量集中和热输入较低的焊接方法, 减少焊接变形, 在不能改变焊接方法时, 尽量减小焊接热输入, 采用小直径焊条、小电流, 进行多层多道焊接。此外, 通过热平衡和迅速散热也可以减少焊接变形。

(3) 环境因素:尽量减少冬季在室外进行焊接、同时也要关注焊接环境的温度、湿度等对焊接结构变形的影响。

参考文献

[1]王云鹏.焊接结构生产[M].北京:机械工业出版社, 2006.

焊接变形的影响因素与控制 第2篇

关键词:焊接变形;影响因素;控制措施

中图分类号:TG404 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)33-0023-02

钢材的焊接通常采用熔化焊方法,是在接头处局部加热,使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液体金属,形成熔池,随后冷却凝固成固态金属,使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热,融合线以外的母材产生膨胀,接着冷却,熔池金属和熔合线附近母材产生收缩,因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行,膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。这样,在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来。

1焊接变形的影响因素

焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。

影响焊接变形的因素很多,但归纳起来主要有材料、结构和工艺3个方面。

1.1材料因素的影响

材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关,而且和母材也有关系,材料的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上,一般热传导系数越小,温度梯度越大,焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响比较复杂,热膨胀系数的影响最为明显,随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用,一般情况下,随着弹性模量的增大,焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力,焊接结构存储的变形能量也会因此而增大,从而可能促使脆性断裂,此外,由于塑性应变较小且塑性区范围不大,因而焊接变形得以减少。

1.2结构因素的影响

焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键,也是最复杂的因素。其总体原则是随拘束度的增加,焊接残余应力增加,而焊接变形则相应减少。结构在焊接变形过程中,工件本身的拘束度是不断变化着的,因此自身为变拘束结构,同时还受到外加拘束的影响。一般情况下复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位,而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加,在设计焊接结构时,常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性,这样做不但增加了装配和焊接工作量,而且在某些区域,如筋板、加强板等,拘束度发生较大的变化,给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此,在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化,对减小焊接变形有着十分重要的作用。

1.3工艺因素的影响

焊接工艺对焊接变形的影响方面很多,例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中,焊接顺序对焊接变形的影响较为显著,一般情况下,改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态,减少焊接变形。多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。焊接工作者在长期研究中,总结出一些经验,利用特殊的工艺规范和措施,达到减少焊接残余应力和变形,改善残余应力分布状态的目的。

2焊接变形的控制

2.1设计措施

2.1.1合理地选择焊接的尺寸和形式

焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大,不但焊接量大,而且焊接变形也大,因此,在保证结构的承载能力的条件下,设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头,在保证相同的强度条件下,采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属,对减小变形有利。

2.1.2尽可能减少不必要的焊缝

在设计焊接结构时,合理地选择筋板的形状,适当地安排筋板的位置,力求焊缝数量少,避免不必要的焊缝,从而减小焊接变形。

2.1.3合理地安排焊缝位置

在设计焊接结构时,安排焊缝尽可能对称于截面中性轴,或者使焊缝接近中性轴,这对于减少梁、柱等类型结构的挠曲变形有良好的效果。

2.2工艺措施

工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采用的一系列措施,将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。

2.2.1焊前预防措施

焊前预防主要包括预防变形、预拉伸法和刚性固定组装法。

预变性法或称反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。

预拉伸法多用于薄板平面构件,焊接时在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下进行的。焊后,去除预拉伸或加热,薄板恢复初始状态,可有效地降低焊接残余应力,控制焊接变形。预热的作用在于减小温度梯度,不同的预热温度在降低残余应力的作用方面有一定的差别,预热温度在300 ℃～400 ℃时,在钢中残余应力水平降低了30 %～50 %,当预热温度为200 ℃时,残余应力水平降低了10 %～20 %。

刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定,可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等。

2.2.2焊接过程控制措施

焊接过程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接规范参数,选择合理的焊接顺序以及采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施。选择线能量较低的焊接方法以及合理地控制焊接规范参数可以有效地防止焊接变形。采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施可以降低残余应力和减小焊接变形。采用随焊两侧加热,横向应变、纵向应变和最大剪切应变的分布更加均匀,变化更加平缓,起到减小焊接残余应力和变形的作用。随焊碾压法由于设备复杂、使用不便等原因,在生产应用中受到一定的限制,但该方法在提高焊接变形等方面具有理想的效果。随焊激冷法能够显著地降低残余应力和减少焊接变形。

焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生影响较大,在采用不同的焊接顺序时,可以改变残余应力的分布规律,但对残余应力整体幅值的降低作用不大,同时该方法对于控制焊接变形有较大的作用,尤其在多道焊中,作用更加明显。

2.2.3焊后矫正措施

当构件焊接后,只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为加热矫正法和机械矫正法。加热矫正法又分为整体加热和局部加热。

整体热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用。

局部热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到构件本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的,火焰加热法采用一般的气焊焊炬,不需要专门的设备,方法简便灵活,因此在生产上广为应用。

此外,还有利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正,包括静力加压矫直法、焊缝滚压法、锤击法等。

3结束语

综合分析上述焊接变形的影响因素与减小焊接变形的措施,基本了解焊接变形的原因及变形的种类,针对焊接变形的原因和控制措施从焊接工艺等方面进行改进,有效防止减少焊接变形所带来的危害。

Affecting Factor and Contyol Measures for Welding Deformation

Du Yuesheng

Abstact: Obvious residual welding deformation is produced in structure inevitably unbalanced heating and cooling during welding. which are key influencing factors of structural design integrity, manufacturing technology rationality and structural reiability. Based on emphasis and difficulties of structural welding, influencing factors and control measures for welding deformation are introduced according to construction experience.

浅谈某双层总管焊接收缩及变形控制 第3篇

1技术难点

1.1结构复杂

某机燃油总管是由16个扇形段、8个耳座、2个三通、96个凸座、2个进油管组件、2个堵头、96个喷杆组成的双层结构的总管。

1.2焊接质量要求高

由原来的单层结构改为双层结构, 技术要求更高, 结构更加复杂。焊接变形及焊接收缩量大, 不易控制, 焊缝距离喷油孔近不足10, 易烧毁喷油孔, 焊接困难。

1.3技术条件要求高

1.3.1管子弯曲后圆度不大于0.75。

1.3.2管子弯曲后壁厚减薄量不大于0.11。

1.3.3管子上8个耳座沿圆周均布, 对总管环中心的位置度要求不大φ0.5、96个喷杆分上下两层沿圆周均布, 对总管环中心的位置度要求不大φ1、垂直度要求不大φ0.5。

1.3.4所有喷杆喷出的油流的方向, 不平行度在100长度上不大于7。

实现焊接变形的有效控制, 焊接工艺的可重复性和可操作性。即需要合理编排焊接工艺路线, 研制有效控制焊接变形的工装。满足总管几何尺寸要求。必须采取针对工艺措施, 控制焊后几何尺寸。

2焊接材料分析

燃油总管主要材料牌号为GH536, 其化学成分见表1。

在固溶强化高温合金中, 主要加入固溶强化元素W、Mo、Cr、Co、Al。这些元素在镍中的溶解度很大。除部分形成碳化物或氮化物外, 几乎全部溶入基体中, 形成面心立方的γ固溶体。在焊接过程中, 合金不会产生相变, 对合金形成结晶裂纹无直接影响。具有液化裂纹的倾向性, 为了减小和避免液化裂纹的办法是尽可能降低热输入, 减小过热区高温停留时间。

3总管的研制

3.1工装的研制

总管工装研制, 参考以往定位结构三套定位焊夹具, 为了减化工装, 缩短造周期, 降低了工装制造成本, 完成小段, 中组合、大组合总管的装配定位焊。实践证明采用一套工装定位焊接能满足定位焊接要求。

3.2确定加工工艺路线

由于总管双层结构、焊缝数量140多处, 其位置和焊接方向各异, 焊接变形及焊接收缩量不易控制, 故采用分段焊接方法, 将总管分为小段的焊接、组圈的焊接及喷杆、进油管的两次组合焊接。小段焊后经校正, 减小焊接变形。为控制焊接收缩量, 焊前预留尺寸, 焊接收缩在后续焊接工序中得到补偿, 焊后收缩量控制在设计要求范围内。

总管组合焊接工艺如下:

配齐零件-清洗配件-打光待焊处-装配定位焊-焊接-校正-标号打磨焊缝处-X光检验-焊接检验-补焊-装配定位焊-焊接-校正-打磨焊缝处-X光检验-焊接检验-补焊-真空热处理--校正-液压试验-冲洗-着色检查-清洗-排除故障-最终检验-冲洗-流量试验

总管喷杆及进油管同时焊接, 这样特别是喷杆焊缝距离喷油孔近不足10mm的焊缝不但焊接困难, 而且无法进行X光检查, 我们将焊接喷杆和焊接进油管分步焊接, 首先从在距离孔近喷杆处开始焊接, 这样即能保证了焊接质量又避免由于焊接时间长而烧毁喷油孔, 同时焊接的变形得以控制便于X光检查。然后焊接进油管。

3.3焊接参数的确定

焊接工艺参数确定原则, 焊接缺陷防止措施焊接参数的选择:钨极氩弧焊的主要参数有:焊接电流、焊接速度、保护气体流量、电极直径、极性等。

选择焊接参数的关键是选择适当的焊接电流和焊接速度。焊接电流与电弧热量成正比, 在焊接条件、被焊接材料和其他参数不变的情况下, 理论上焊接电流越大, 焊件厚度也越大, 只要焊接条件、材料和其他参数不变, 那么一定厚度的材料所需要的焊接电流就只能在一定范围内变化, 超过这个范围, 就可能产生未焊透、焊缝凹陷、烧穿、焊缝太宽等缺陷。

焊接速度:焊接时零件可获得线能量q, 线能量反比于焊接速度。在焊接材料、焊接条件和焊接电流等参数不变的情况下, 焊接速度越小, 线能量越大, 而当焊接材料、焊接条件和焊接电流等参数一定时, 一定厚度材料所需的焊接速度也只能在一定范围内变化。如果焊接速度大于这个合适的范围, 就可能会造成未焊透, 甚至会形成凹陷、烧穿等缺陷, 尤其要注意选用较低的焊接速度。

焊接参数确定的基本原则:考虑以下几方面因素, 材料、可焊性、材料的厚度、接头形式和配合间隙、焊件结构及焊接部位、焊接可达性及焊缝的能见度、焊缝质量要求和零件的尺寸精度。

4总管的焊接变形及焊接收缩量的控制

4.1焊前准备

能否焊出优质焊缝, 焊前准备好坏有着十分重要位置, 如表面清理, 装配质量等直接影响焊接过程的稳定和焊接质量, 所以焊前准备必须给予十分重视。

4.2焊接变形及其措施

4.2.1变形产生的原因

焊接都会产生变形, 引起变形最主要的原因是集中热源局部加热, 在焊件上产生不均匀的温度场, 会使材料不均匀膨胀, 处于高温区域的材料在加热过程中的膨胀量大, 受到的周围温度较低, 膨胀量较小的材料的限制而不能自由的膨胀。于是焊件出现内应力, 使高温区的材料受到挤压, 产生局部压缩应变, 在冷却过程中, 已经经受压缩塑性应变的材料由于不能自由伸张, 而受到拉伸, 于是焊件中又出现了一个与焊接加热时方向大致相反的内应力。焊后当焊件温度降至正常温度时残留于焊件中的内应力, 则为焊接残余应力, 焊后残留于焊件上的变形, 则为焊接残余变形。

4.2.2针对变形采取的措施

a、合理安排零件的装配焊接顺序, 尽可能的避免装配焊接过程中焊接变形的积累。

b、在夹具限制状态下定位焊, 有效地减小轴向收缩, 定位焊时先用定位销在定位孔中定位限制径向位置变形, 从而限制了收缩。

c、预留焊接收缩余量0.5mm, 允许锉修管端调整收缩余量。

d、焊后进行消除应力热处理。

e、焊后校形, 焊接后用胶木锤在夹具上手工校正, 敲击焊缝, 一方面可以消除焊接残余应力, 另一方面有效的减小焊接变形, 满足设计图要求。

4.3焊接收缩量的摸索

由于总管焊接部位及焊接数量不同, 焊接收缩量也不同, 焊接余量留的不充足, 在夹具上大组合时, 装配定位焊比较困难, 使总管焊接收缩后直径为下差, 故在小段焊接时适量加大小段焊接余量, 便于总管焊接后装配, 满足设计要求的尺寸。

结论

通过此次总管的加工, 攻克了某机燃油总管成型及焊接变形控制的难题, 加工的燃油总管符合了设计图要求, 满足了使用需要。使我们更进一步掌握了此加工方法, 为今后的此类总管的加工积累了一定经验, 同时也为后续类似结构总管加工奠定了良好基础。

参考文献

桥检车桁架臂焊接变形的控制 第4篇

关键词： 桁架臂； 装配顺序； 焊接顺序； 变形控制

中图分类号： TG404

Abstract： ：A bridge inspection truck with truss boom is worked out in our company .The length of each truss boom is ten meter long ，and is putted together with every rectangular steel tube .By many times test，we fixed on a best order of assembly and welding ，as well as taked all ways to control the welding deformation actively .By the adjusted technics way ，production cycle is cutted greatly ，and the welding deformation is reduced availably，and the follow-up work to rectify the deformation is cut down greatly . There is effective meaning of use for reference to the similar welding structure .

Key words： truss framework boom；assembly order；welding order；welding-deformation control

由于导轨受力较大，对强度要求严格，所以矩形管与平板的两侧焊缝均为满焊，焊脚为4 mm。在产品试制阶段，虽然采取了一些焊接变形防控措施，但是在结构件拼焊过程中还是出现了导轨的严重挠曲变形，挠度达到50 mm之上，还有导轨两矩形管的敞口变形和桁架臂两侧面的敞口变形等。

综上所述，桁架结构的整体拼装顺序和导轨焊接变形的控制等对于整个结构的顺利加工是重中之重。

2 桁架臂拼焊工艺和变形控制

2.1 合理的装焊顺序

装焊顺序对焊接结构变形的影响是很大的，由于装焊顺序不当，往往会影响到整个工序的顺利进行，并使整个焊接结构产生较大变形[1-7]。

原工艺安排：两导轨拼焊→调形→底面桁架拼焊→调形→将两侧面桁架拼点在底面桁架上焊接→调形。按此工艺生产时每步都出现大的焊接变形，像导轨的挠曲、底面桁架的挠曲及侧面桁架的敞口等变形，而且变形量大，调形费时费力。

调整优化后拼焊工艺：两导轨拼焊→调形→底面桁架拼点→两侧桁架拼点→整个桁架臂焊接→调形。调整后，在拼点好的桁架臂上侧开口位置均布横向支撑，整个桁架臂组成了一个箱型结构，增加了整个结构的刚性，整体焊接时各面桁架互受牵制，不会出现单面大的焊接变形，只要调整两导轨的挠度变形就能保证后续工序的顺利进行。

两种工艺路线相比，优化后工艺将原来调形三次简化为两次，更重要的一点是，采用原工艺顺序拼焊完成的桁架臂，焊后出现了10 mm左右的整体上挠，用正常的调形措施矫正已基本不可能，而采用改进后的工艺方法拼焊，就很好地保证了整个臂体的直线度和平面度等要求。

2.2 导轨的焊接变形控制

2.2.1 开口处加支撑

如图3所示，导轨焊缝处于矩形管截面的一条棱上，完全属于不对称分布，而且焊缝位于立板的两侧，上下四条纵向焊缝均为满焊，导轨全长10 m，焊接量大，焊后会出现矩形管的菱形变形和导轨的敞口变形，如不加以控制，将很难调形，无法保证导轨的横向开口尺寸及垂直度要求等。

因此，必须在导轨开口处加横向支撑以控制焊接变形。为了不遮挡焊缝又起到支撑作用，在纵向均布放置10多个圆钢支撑筋，点固

2.2.2 背靠背反变形

由于焊缝位于导轨中心线的一侧，焊后会出现整个导轨的开口侧挠度变形，如不加控制，变形量达10 cm，即使火焰调形也很难调直。为了增加与焊接变形趋势相反的力，以抵消部分焊接变形[8]，焊接导轨内侧焊缝时，两导轨开口侧朝外，在两导轨长度方向距两端1 m左右之处分别加30 mm厚垫板，两导轨中间贴实，然后将两导轨用卡兰夹紧。焊接后待焊缝冷却，取下卡兰。接下来焊接导轨外侧焊缝，将两导轨开口处对扣夹紧，在纵向长度方向上对称于中心线约1 m的两点分别加30 mm厚垫板，然后将两导轨用卡兰夹紧，焊接，待冷却后取下卡兰。

2.2.3 分段跳焊

因为导轨焊缝全长10 m，如果从一端向另一端连续焊，焊接热输入较集中，不利于散热，焊接变形较大。分析后采取分段跳焊，整个焊缝分三次焊完，开始焊300 mm留600 mm间距，之后再焊300 mm留300 mm间距，最后焊完全部焊缝。为避免焊接热输入和焊接变形集中，导轨上下焊缝交错对称焊接。

2.2.4 焊接参数

焊接参数是指焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。在焊件尺寸、焊缝形式及刚度相同的条件下，焊接热输入越大，焊接变形也越大[9]。因此在保证焊接质量和工作效率的同时，尽量采用较小的焊接热输入以控制焊接变形的程度。焊脚为4 mm，采用的主要焊接参数（MAG焊 ）为：焊接电流180～220 A，电弧电压22～24 V，气体流量12～15 L/min，焊接速度约400 mm/min。

nlc202309032144

2.2.5 导轨调形

尽管在导轨焊接时采取了一系列控制变形措施，只能最大幅度地减小焊接变形，而不能完全解决因焊件固有的结构形式带来的导轨挠度变形，焊后导轨还是出现了20 mm左右的挠度。所以为了顺利进行下一步拼焊工序，调形必不可少。采用火焰对称均布加热开口侧矩形管侧面矫正，配以外力往相反方向的机械矫正，将导轨直线度调整到了10 mm之内。

2.3 桁架臂的焊接顺序

导轨拼焊调形后，进行整个桁架臂的拼焊，先以两导轨找正拼点底面桁架组件，点固后分别拼点两侧面桁架，整个框架拼点加固后，桁架上侧敞口处在长度方向上均布增加横向拉筋，以控制侧面向外的焊接变形。

上侧两主弦杆和下侧两导轨作为桁架臂的骨架，每面均有矩形管横撑和斜撑与之连接（图1），连接焊缝均比较短小，但焊缝比较集中，如果不注意焊接顺序，必将会引起严重的焊接变形。焊接时应先焊垂直于臂体方向的短小横焊缝，以增加结构件刚性，又对臂体焊接变形影响最小；然后焊接沿臂体方向的稍微长些的纵向焊缝，并且注意桁架两侧的对称焊接。为提高焊接效率和减少焊接变形，由两名操作熟练的焊工同时对称焊接。

经过以上一系列焊接变形预防和控制措施，桁架臂焊后无明显焊接变形，基本能保证两导轨和整个桁架臂的直线度、平面度和截面尺寸等，无需调形。只有偶尔出现的局部矩形管波浪变形稍作调形即可。

3 结论

通过批量生产实践证明，按上述工艺措施施工，对减小桁架臂焊接变形效果显著，大大缩短了生产周期，同时将焊后矫正变形工作量降低到最小，简化了工艺流程，保证了生产质量，使装配后两节桁架臂体之间滑动顺畅。因此，工艺措施对同类钢结构件的焊接生产具有普遍的实际借鉴意义。

参考文献

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[2] 周广涛， 刘雪松， 闫德俊， 等. 顶板焊接顺序优化减小焊接变形的预测[J]. 焊接学报， 2009 （9）： 109-112.

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[5] 丁振斌， 贾晓丹， 刘土光. 焊接顺序对船体分段的焊接变形影响[J]. 中国造船， 2010， 51（A01）： 81-85.

[6] 刘黎明， 梁国俐， 刘玉君， 等. 基于人工神经网络的船舶高强钢焊接变形分析预测[J]. 焊接学报， 2002， 23（1）： 27-29.

[7] 刘志平， 王立夫. 铝合金部件焊接变形的产生及控制[J]. 焊接技术， 2007， 36（5）： 52-53.

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[9] 陈裕川.低合金结构钢焊接技术[M].北京：航空工业出版社，2008.

焊接的收缩变形 第5篇

薄壁混凝土结构与实心结构相比, 具有轻质、高强的特点, 被广泛应用于现代大型桥梁工程和高层建筑中。然而, 薄壁结构混凝土的表面积与体积比较大, 混凝土极易失水而导致其产生干燥收缩开裂, 直接影响混凝土结构的耐久性和服役年限。

本文从原材料、配合比和构件尺寸等方面对薄壁结构混凝土收缩变形的影响因素进行探讨。

1 原材料

1.1 水泥

本研究采用海螺PO 42.5级水泥, 具体性能测试结果见表1、表2。

1.2 粉煤灰

粉煤灰的性能测试与化学组成分析分别依据标准GB/T 1761996《水泥化学分析方法》和GB/T15961991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行, 具体测试结果见表3、表4。

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1.3 水

自来水。

1.4 细骨料

细度模数为2.8的Ⅱ区中砂。

1.5 粗骨料

粒径为5~20mm的连续级配碎石。

1.6 外加剂

江苏某公司生产的氨基磺酸盐减水剂 (MAS) 、萘系减水剂 (JM-B) 和聚羧酸减水剂JM-PCA。

2 结果与讨论

2.1 原材料对干燥收缩的影响

2.1.1 砂的含泥量对干燥收缩的影响

砂作为配制混凝土的一个重要组分, 其质量的好坏对混凝土的性能有重要影响。泥粉含量是砂众多性能中的一项, 其含量的多少直接影响预拌混凝土的用水量与和易性, 同时对硬化混凝土的强度、收缩、徐变、抗渗等性能均有不利的影响。

本文将实验室现有的砂进行清洗, 得到含泥量为0的基准样, 然后再掺入一定量的泥粉, 配制含泥量分别为1%、3%和5%的砂试样, 重点研究砂含泥量对砂浆干燥收缩的影响。试验配合比见表5, 含泥量对砂浆干燥收缩的影响见图1。

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由图1可以看出, 随着砂含泥量的增加, 砂浆的干燥收缩值将增加;砂浆的干燥收缩值在早期变化较大, 随着龄期的延长而缓慢增长并趋于平缓。因此, 泥粉对砂浆早期干缩值有显著影响。

注:C:水泥, S:砂, W:水, FA:粉煤灰, PCA:聚羧酸减水剂。

泥粉增加收缩的原因:由于砂浆中所含的泥粉都是颗粒很细的非活性物质, 这些非活性物质使水泥浆与集料之间的界面区粘结变差, 影响了浆体与集料的粘结, 使集料抑制收缩的作用减弱;另一方面, 泥粉具有吸水膨胀、失水收缩的特点, 在外界湿度变化的情况下, 导致泥粉含量大的砂浆干燥收缩值明显较泥粉含量小的砂浆收缩值大。

2.1.2 减水剂对干燥收缩的影响

混凝土减水剂作为现代混凝土的必备组分, 对混凝土的高性能化起到了不可替代的作用, 但是减水剂属于表面活性剂, 大量使用也造成了混凝土收缩问题日益突出, 收缩会引发混凝土开裂, 导致结构耐久性的下降。

本文重点研究常用的氨基磺酸盐减水剂 (MAS) 、萘系减水剂 (JM-B) 和聚羧酸减水剂 (PCA) 对砂浆干燥收缩的影响, 掺入量为胶凝材料用量的0.5%, 试验配合比见表6, 不同减水剂对砂浆干燥收缩的影响见图2。

从图2可以看出, 各种减水剂的加入均导致水泥浆体收缩的增加, 但不同减水剂对砂浆收缩的影响也有一定的差别。在相同龄期, 萘系减水剂砂浆的收缩值较基准样的增加幅度最大, 其次为氨基磺酸盐减水剂, 掺聚羧酸减水剂砂浆的收缩值较基准样的增加幅度最小。

究其原因, 减水剂本身属于表面活性剂, 对颗粒具有较强的分散作用, 导致毛细管张力变大而增大水泥浆体收缩[1]。由于不同类型的减水剂溶液的表面张力大小不同, 其中聚羧酸减水剂溶液的表面张力最小[2], 导致浆体的收缩也最小。因此, 不同类型的减水剂对砂浆干燥收缩的影响也有差别。

2.1.3 粉煤灰对干燥收缩的影响

为研究不同品质粉煤灰对砂浆收缩的影响, 分别选用了谏壁电厂的Ⅰ级粉煤灰、华能电厂的Ⅱ级粉煤灰和华瑞电厂的Ⅱ级粉煤灰进行试验。这三种品质粉煤灰的差异主要表现在细度、需水量比和烧失量等方面。试验配合比见表7, 不同粉煤灰对砂浆干燥收缩的影响见图3。

从图3可以看出, 谏壁电厂Ⅰ级粉煤灰砂浆收缩值最小。在不同龄期, Ⅱ级粉煤灰砂浆收缩值均大于Ⅰ级粉煤灰的砂浆收缩值;同级别Ⅱ级粉煤灰的砂浆收缩值也存在差别。

造成不同粉煤灰砂浆收缩值差别的主要原因是粉煤灰的细度。粉煤灰细度越细, 比表面积越大, 粉煤灰的活性及填充效应就越容易发挥。Ⅰ级粉煤灰的细度较细, 比表面积较大, 火山灰效应高于Ⅱ级灰, 同时对水泥颗粒的填充效应较强, 使混凝土体系的颗粒级配更趋合理, 混凝土的密实度更高, 从而有利于抑制混凝土的收缩[3]。

2.2 试件尺寸对干燥收缩的影响

测试离干燥面不同深度处的混凝土收缩变形, 试件配合比见表8。

自然环境因素对混凝土的影响主要包括温度和湿度2个方面。本文主要研究相对湿度的变化对混凝土收缩性能的影响, 混凝土内部相对湿度的变化本质上是水分在混凝土内部的扩散过程。在单面干燥条件下, 混凝土试件距离干燥面不同深度处的收缩变化规律见图4。

从图4可知, 混凝土试件内层 (距表面75mm和125mm) 的收缩明显小于混凝土近表层 (距表面25mm) 的收缩。混凝土试件表层的收缩值在各龄期均大于内层的收缩值, 且随着龄期的延长, 混凝土近表层的收缩值与内层收缩值的差距越来越大。

将混凝土试件置于自然环境中, 其表面的水分首先蒸发, 离干燥面距离越近处相对湿度下降的越快, 当外部水分蒸发到一定程度时, 内部水分开始往外迁移, 从而导致内层混凝土相对湿度开始下降。距离表层越近, 水分蒸发越大, 且随着龄期的延长, 混凝土内部结构逐渐形成, 毛细孔逐渐被水化产物所填充, 内部水分通过毛细管向表面扩散将更加困难, 从而导致混凝土中距离干燥表面不同深度处的收缩变形产生差异。

3 结论

(1) 砂浆干燥收缩值随砂含泥量的增加而增加。

(2) 减水剂的掺入会导致砂浆的收缩值增大, 其中聚羧酸系减水剂增加砂浆收缩的幅度最小, 其次是氨基磺酸盐系减水剂, 萘系减水剂增加收缩的幅度最大。

(3) 掺Ⅰ级粉煤灰的砂浆收缩值明显低于掺Ⅱ级粉煤灰的收缩值, 粉煤灰对收缩值的影响与其细度密切相关。

(4) 混凝土不同深度处的收缩随着离混凝土干燥面距离的增加而降低。

摘要：随着薄壁结构混凝土的大量应用, 其收缩开裂问题日益突出, 本文对薄壁结构混凝土收缩开裂的影响因素进行了探讨研究。

关键词：薄壁混凝土,收缩,开裂,影响因素

参考文献

[1]卢爽, 王政, 张宇.外加剂对砂浆收缩性能的影响[J].低温建筑技术, 2007 (4) :4-6.

[2]费治华, 乔艳静, 田倩.减水剂品种对水泥浆体的收缩性能研究[J].化学建材, 2008, 24 (1) :36-38.

钢结构焊接变形的成因与控制研究 第6篇

关键词：钢结构；焊接；变形；成因；控制

钢结构质地轻便，且具有良好的性能，被广泛应用于工业生产以及建筑施工中。钢结构在使用前，要对其进行焊接处理。所以，焊接的质量直接影响了钢结构性能。在具体的焊接过程中，因为受到各个因素的作用，经常会有焊接变形现象发生，从而对钢结构质量造成影响，因此，要采取措施，避免变形现象发生。

一、分类及成因

对于钢结构而言，结合其变形的外观，能够将变形现象分成这几种：第一，角变形；第二，错边变形；第三，挠曲变形；第四，波浪变形；第五，螺旋变形；第六，横纵向变形。影响其变形的主要因素有焊接工艺以及焊接位置还有焊接方法等。在这些变形种类中，最为常见的是角变形以及纵横向变形和挠曲变形。

1.关于角变形。在对钢结构进行焊接时，钢构件受平面焊缝影响，导致角位移现象的发生，原因是钢结构中沿着板厚方向的相关焊接缝中出现收缩变形的现象，另外，如果焊接顺序不对或者是操作人员没有使用较好的焊接方法也会导致角变形现象的发生。

2.关于错边变形。操作人员在对两个钢结构进行焊接时，因为两者之间受到的具体热力不一样，会使两个钢结构在长度和高度方面产生一定的差异，从而发生错位现象，也就是错边变形。因为两者的刚性是不同的，所以其收缩变形也不同，从而导致错边变形现象的发生。

3.关于挠曲变形。在对钢结构进行焊接后，邻近的焊接缝中有变形现象发生，导致相邻焊缝之间没有相同变形，使钢结构在外观上有挠曲现象发生。钢结构具体的材料质量与这一现象有着极大的关系。

4.关于波浪变形。若是需要进行焊接的钢结构，其厚度比较小，是薄板结构，在经过高温后，就会发生膨胀现象，焊缝在被内应力拉扯后，就会有收缩变形现象发生，因为这种变形呈现出的形状是波浪形，所以叫做波浪变形。

5.关于螺旋变形。在焊接完成之后，钢构件发生了扭曲变形现象，也就是螺旋变形，这一现象发生的原因是焊缝角没有均匀分布，在纵向位置上有错边现象发生从而导致的。

6.关于横纵向变形。在对钢结构进行焊接以后，若是钢结构发生的收缩变形正好在焊接缝的相关轴向位置中，就是纵向变形。如果收缩变形发生在焊接缝垂直方向上，就是横向变形。这一变形现象产生的原因是钢结构的相关焊缝受温度影响，产生程度不一样的膨胀，从而导致钢结构中有横纵向变形现象发生。

二、控制措施

1.做好设计工作。第一，要对焊缝尺寸以及排布进行合理选择，因为焊缝的尺寸对焊接工作量以及变形大小有着直接的关系。如果焊缝尺寸比较大，那么不仅焊接量比较大，其变形也会比较大。所以，在确保结构承载力的基础上，在设计时要使用最短的尺寸。第二，对焊接节点构造做好设计。首先，对焊缝的数量以及面积进行控制。在焊接时，输入热量越多，其焊接变形的发生几率就会越大，所以，为了对焊接变形进行有效控制，在对焊接节点构造进行设计是，就要尽量使焊缝面积以及焊缝的数量减少，这项工作在设计中非常重要，一定要加以重视。其次，要对焊缝破口的具体形状以及尺寸进行合理选择，要想保证钢结构在整体上有较好的承载力，就要结合焊接的具体工艺，将焊缝破口的具體形状和大小进行合理选择，从而使截面积对于钢结构具体变形量的影响得到降低。再次，要将焊接节点设置在构件界面具体的对称位置。结构中性轴具体的焊接节点要位于构件截面中性轴的位置，或者是和中性轴保持接近，防止在应力比较高的区域进行焊接。最后，要选择刚性比较小的相关节点形式。在对节点形式进行选择时，不能在双向以及三向交叉的位置选择节点，这样做的目的是防止出现因为焊缝太集中从而引起高温与焊缝应力集中导致的变形现象。

2.严格控制焊接温度。在对钢结构进行焊接时产生的变形现象，主要还是因为温度的原因。所以，工作人员在焊接时，要做好对温度的有效控制，尽量减少因为温度的原因造成的焊接变形现象。比如，如果要对其中一个构件焊接，就要避免对附近其他钢结构造成影响，在焊接工作完成之后，还要对焊接的钢结构及时做好降温处理，从而使温度带来的影响得到控制。

3.利用反变形法。在完成焊接工作之后，因为受到热胀冷缩的作用，会导致焊缝在冷却时发生了收缩现象，从无形之中使焊接尺寸减少。因此，在对大型钢结构进行焊接时，经常会用到这种方法。反变形法，指的是在拼装的过程中，结合焊接工艺试验以及焊接经验，使构件能够向着与变形方向相反的方向进行预先变形，预先变形的大小和变形量大小相同，从而对焊接变形进行控制。在使用这一方法时，要预先做好试验，结合焊缝的具体设计要求，对焊接规范进行调整，利用材质与规格都一样的钢板，事前先做试件进行焊接，保证焊缝的形式以及焊角的高度都和设计要求相符，等焊接结束并冷却达到环境温度之后，要对翼板具体的变形量进行测量，把具体的数值当做反变形的相关参数。在翼板中心线的位置使用压力机将变形量的数压出，让翼板两端能够预先呈现出上翘的状态，将焊接变形量抵消掉，使其在焊接之后能够保持持平。

4.将装配工作做好，同时还要选择合适的焊接顺序。若是对小型钢结构进行焊接，就要从装配以及定位焊进行固定，并选择合理的焊接顺序。如果对大型钢结构进行焊接，首先要对小组件进行焊接，完成之后再对总体进行装配与焊接。在对部件进行装配时，要保证型号不同的各种零配件都能和构件规定的相关规格与形状要求相符，从而避免在装配的过程中发生变形以及应力太大的现象。另外，在装备时，不能使用太大的外力强行进行组拼，避免构件在焊接之后因为受到的约束力与应力太大，从而导致变形。与此同时，在装配以及焊接时，还要保证焊接接头能够均匀受热，保证焊缝能够与间隙对接，并保证坡口角度与搭接长度正确，确保和构件的设计以及焊接的规定保持一致。

5.对焊接工艺进行完善。在对钢结构进行焊接时，要结合经验以及实际情况选择合适的焊接电流方向以及速度与顺序，尽量减少焊接变形现象的发生。另外，在对复杂钢结构进行焊接时，要坚持首先焊短然后焊长，首先焊立然后焊平，首先焊对接缝然后焊搭接缝，从中间向两边，从内向外进行焊接的相关原则。对太过集中的相关焊缝，要使用跳焊法，如果焊缝比较长，还要选择对称焊以及分段退步焊两者结合的相关焊接方法。

结语

综上所述，对于钢结构而言，导致其发生变形现象的原因很多，变形现象会对工程建设造成极大的影响。因此，在具体的工作中，应该对焊接变形的分类以及成因进行明确，分析之后结合实际情况，采用有效的控制策略，使钢结构质量以及工程建设效益得到提升。本文主要对钢结构焊接变形的具体种类以及成因进行了分析，并将防止变形现象的控制策略提出，希望人们能够对此问题加以重视，并在实际工作中发挥有效作用。

参考文献

[1]金立伟.钢结构焊接变形的成因与控制措施[J].建筑，2012（05）

[2]高传孝，李灵芝.浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国建筑金属结构，2013（10）

[3]翟俊峰.浅谈钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国城市经济，2012（02）

[4]靳松梅.探究钢结构焊接变形的成因与控制措施[J].科技创新导报，2012（23）