箱型柱焊接變形控制

1、箱型柱焊接變形的控制摘 要：通過對萊鋼信息能源管控中心全焊接箱型柱的制作實踐，總結(jié)了箱型柱焊接變形的控制方法，為箱型柱的制作提供了借鑒。關(guān)鍵詞：箱型柱 彎曲變形 變形控制萊鋼信息能源管控中心，建筑面積44436.6，地上部分為鋼框架結(jié)構(gòu)，主要由鋼柱和鋼梁組成，其中鋼柱又分為箱型柱、H型鋼柱和方管柱三種類型，鋼梁為H型鋼梁。其中箱形柱斷面尺寸大，構(gòu)造復雜，為全焊接結(jié)構(gòu)，焊接量大，柱的彎曲、扭曲等變形都有非常嚴格的要求。焊接變形難以控制，是該箱形柱制作的主要難點，一旦變形量超標，矯正極為困難。1.箱型柱焊接變形分析所有的熔化焊都經(jīng)過熱源的加熱，使焊接接頭處母材及填充材料熔化，隨后又冷卻結(jié)晶形成焊縫

2、。焊接加熱和冷卻過程是極不均勻而且遠離平衡狀態(tài)的，因而形成復雜的瞬態(tài)溫度場和應力應變場。由于在加熱和冷卻過程中材料受約束而產(chǎn)生塑性變形，焊后結(jié)構(gòu)中將留存下永久性的非協(xié)調(diào)應變，從而產(chǎn)生相當大的殘余應力和變形。箱型柱的拼裝方法、焊接順序和方向等因素都會使箱型柱產(chǎn)生彎、扭 、渡浪和收縮等變形。因此，要在無專用工裝情況下全面達到鋼柱的技術(shù)要求，必須確定合理的拼裝方式，編排正確的施焊順序和方向，采用合理的焊接工藝，最大限度地控制焊接變形。2.從裝配工藝控制焊接變形2.1組裝順序采用邊組裝邊焊接的方式會因焊接變形給拼裝帶來困難?？紤]到箱型柱的斷面尺寸大，內(nèi)部有足夠的施焊空間，采用先組裝后焊接。即上蓋板在下

3、依次組裝腹板及隔板的方式，一次組裝成U型構(gòu)件，定位完畢后，再將U型構(gòu)件中隱避焊縫焊完。最后蓋上上蓋板，組裝成箱型柱，并在四條長焊縫的兩端裝好引弧板。2.2箱型柱的橫向收縮控制箱型柱橫向尺寸須通過預留收縮量來保證。焊接方法及其工藝參數(shù)相同，縱向焊縫引起的橫向收縮量可歸納為焊縫斷面積、板厚和坡口根部間隙的函數(shù)，以式1 的形式表示：=aAw/t+bG (式1)焊接橫向收縮量，單位mm；Aw焊縫斷面積，單位mm2，文中取坡口斷面積加焊縫余高面積，余高面積以3mm 的等腰三角形斷面積計。t板厚，單位mm；G焊縫根部間隙，單位mm；a，b經(jīng)驗系數(shù)，隨焊接條件變化而變化。其橫向預留收縮量為：上、下蓋板2.5

4、mm，腹板2.5mm。 2.3蓋板、腹板平面度控制蓋板、腹板因下料的不平及與橫隔板焊接引起的板中壓應力和沿板厚度方向不均勻的焊縫橫向收縮產(chǎn)生波浪變形，其值過大會降低柱的承載能力。主要采取以下措施：下料后進行平整，對腹板加以相應的剛性固定，采用較小電流、較高焊速并分層施焊，減小焊接熱輸入，可有效地控制腹板的變形。 2.4箱型柱的彎曲和扭曲變形控制從柱斷面結(jié)構(gòu)形狀和焊縫分布看，焊縫對斷面重心軸線左右對稱，雖焊后產(chǎn)生彎曲變形的可能性較小，但如果焊接措施不當，也會產(chǎn)生較大彎曲變形；此外，蓋板與腹板間的縱向角焊縫施焊不當，則會因角變形沿焊縫長度逐漸不均勻增大引起較大的扭曲變形。對于彎曲和扭曲變形，則通過

5、合理的焊接順序和焊接方法加以控制。在箱型柱四條全熔透焊縫上采用CO2氣保焊打底，將兩條長焊縫由中間分開向兩端對稱施焊，并采用斷續(xù)焊以減少熱輸入。焊接順序是首先四人同時焊一面的兩條焊縫，從柱中間部位焊起（圖1），每隔500mm焊300mm，然后翻轉(zhuǎn)構(gòu)件，將另一面焊完，最后再翻轉(zhuǎn)構(gòu)件，補焊這一面，可較好的控制箱形柱的焊接變形。圖1：箱型柱打底焊示意圖打底完成后，將箱型柱吊到龍門式全自動埋弧焊機的料架上，調(diào)整焊機頭，同時焊兩道主焊縫。完成后翻轉(zhuǎn)箱型柱，焊另外兩道主焊縫。兩道焊縫采用同時焊接工藝，最大限度地減小了焊接變形。3.從焊接工藝控制焊接變形3.1焊接人員焊接人員除焊工外，還應配備專門的焊接技術(shù)

6、人員、焊接檢驗員和無損檢驗人員。參加焊接的焊工應按有關(guān)標準進行培訓和考核，持證上崗。3.2焊接材料焊條和焊劑使用前必須嚴格按相關(guān)規(guī)范進行烘干。烘干后的焊條和焊劑應保存在100150的恒溫箱中，隨取隨用，焊工應備有焊條保溫筒，使用過程中保溫筒應通電加熱，焊條隨用隨取。焊條烘干后在保溫筒內(nèi)超過4 小時應重新烘干，烘干次數(shù)不超過兩次。使用過的焊劑，要注意嚴防氧化皮等雜物混入，并經(jīng)重新烘干才能再次便用。焊劑反復使用時，應不斷添加新的焊劑，并盡可能混勻。3.3焊接設(shè)備手弧焊選用參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活的逆變焊機。自動焊選用交流埋弧焊機。焊機上的電流、電壓表要按規(guī)定作檢定。3.4焊接工藝制定并實施合理的焊接工藝

7、是保證焊接質(zhì)量的重要手段,也是有效控制焊接變形的途徑。（1）焊前應檢查坡口組對質(zhì)量,如發(fā)現(xiàn)尺寸超差或坡口及其附近有缺陷,應處理后方可施焊。腹板與翼板焊接坡口為40° 45°單面坡口。采用自動火焰切割方法制備。（2）焊前必須清除工件焊縫周圍不少于20mm 范圍內(nèi)的油、水、銹及其它雜質(zhì)。（3）定位焊。定位焊工藝與正式焊縫相同,定位焊長度應在50mm 以上,間距為100400mm,厚度不宜超過正式焊縫厚度的二分之一。定位焊后的裂紋、氣孔、夾渣等缺陷均應清除干凈后重焊。（4）焊接順序。從中間向兩端分向?qū)ΨQ焊接,先焊隔板的立焊縫,再焊與翼板連接角焊縫,最后焊接外面4 條開坡口的組合焊

8、縫。在施焊時,要注意焊縫順序,防止箱形柱產(chǎn)生扭曲變形。焊接工藝參數(shù)。手弧焊: 焊條直徑4.0mm, 焊接電流160180A。CO2氣保焊打底：焊絲為ER50-6，1.2mm，電流180-210A，電壓23-25V。焊接速度6-8m/h。埋弧自動焊: 焊絲為H08Mn2Si，焊接電流630650A，電弧電壓3436V。（詳細焊接變化情況見表1）表1：箱型柱焊接變形測試表電流A電壓V送絲速度m/h焊接速度m/h變形情況焊縫尺寸及成型570328025很小焊腳尺寸不夠，咬邊嚴重610348022很小咬邊嚴重640348226小焊縫稍微側(cè)偏640368426很小焊縫成型較好650368525較小焊縫側(cè)偏680388728較大側(cè)邊嚴重4.焊后結(jié)果及分析 萊鋼信息能源管控中心全焊接箱型柱的制作，采用了以上裝配焊接工藝，很好的控制了其焊接變形。箱型柱現(xiàn)場整體裝配焊接后檢測，其彎曲、扭曲、波浪及收縮等變形和尺寸都在設(shè)計要求范圍之內(nèi)，為后續(xù)的現(xiàn)場安裝工作提供了方便。圖2：制作完成后的箱型柱5.結(jié) 論( 1 )合理的組裝順序及認真細致的焊接變形分析是控制全焊接鋼箱形柱焊接變形的前提。( 2 )根據(jù)焊接變形分析結(jié)果，制定出合理的裝配焊接工藝，并嚴格執(zhí)行，是有效控制全焊接鋼箱形柱焊接變形的關(guān)鍵。( 3 )實踐證明，上述焊接變形控制措施