鋼箱梁焊接變形控制措施

鋼箱梁焊接變形控制措施1.1焊接變形試驗焊接變形的影響因素很多，如板厚、焊縫長度、焊接類型、焊縫截面積、焊接線能量，約束條件等。為確保能準(zhǔn)確控制焊接變形，施工前應(yīng)對焊接變形進(jìn)行試驗，具體方法是：焊接時對環(huán)縫焊前（打點距離300mm）和焊后進(jìn)行跟蹤量測，確定在各部位、縫寬、板厚、氣溫條件下的相對收縮量，建立一定的數(shù)量關(guān)系，并據(jù)此采取措施控制焊接變形。1.2焊接變形控制技術(shù)1）、下料下料前用平板機將板料進(jìn)行平整，確保板料平整度符合規(guī)范和設(shè)計要求。下料時采用無余量法控制尺寸，既是將焊接變形數(shù)量考慮到板塊尺寸中，下料尺寸適當(dāng)加大，使板材焊接后的尺寸最終符合設(shè)計要求尺寸。2）、裝配及固定加強對下料和組裝人員的技能培訓(xùn)，確保下料和裝配精度，避免因操作人員技能所導(dǎo)致的裝配錯邊。采取工裝對組裝完畢的梁體加以固定后施焊，防止施焊過程中產(chǎn)生的角變形，同時減少撓曲變形、扭曲變形。3）、正確選擇工藝方法及工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制線能量施工前對材料及構(gòu)件進(jìn)行焊接變形試驗，就是對焊件在焊前（打點距離300mm）和焊后進(jìn)行跟蹤量測，確定在各部位、縫寬、板厚、氣溫條件下的相對收縮量及角變形量，并據(jù)此采取措施控制變形。鋼板焊接變形還要考慮節(jié)段拼裝過程中產(chǎn)生的變形以及在構(gòu)件施工過程中產(chǎn)生的變形。焊接變形量可通過經(jīng)驗公式進(jìn)行估算，但要經(jīng)過試驗來確定具體數(shù)值。

計算弧焊的熱輸入量，可以采用以下的公式：式中Q為熱輸入量（\o"焦耳"kJ/\o"毫米"mm），V為電壓（\o"伏特"V），I為電流（\o"安培"A），S為焊接速度（mm/\o"分鐘"min）。Efficiency（效率）的取值取決于所采用的焊接工藝：手工電弧焊為0.75，氣體金屬電弧焊和埋弧焊為0.9。根據(jù)焊接工藝，可知CO2氣體保護(hù)焊能量最少，埋弧焊次之，手工電弧焊最大，應(yīng)盡量采用CO2保護(hù)焊接，減少焊接變形。板料的開坡口不宜過大，坡口坡度宜為45°~55°，組件縫隙宜為5~7mm。為控制焊接能量輸入量，不宜采用割炬切割方法開坡口，宜采機械冷加工方法打坡口。采用單面焊雙面成型。對各種形式的焊縫，如頂板、底板、腹板板單元的縱向?qū)雍缚p、環(huán)形焊縫、橫隔板對接焊縫等采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型技術(shù)。采用自動埋弧焊時，應(yīng)采用多層多道施焊，根據(jù)板厚來確定，一般底板（14mm）或頂板焊接分4層（4~5道）進(jìn)行，使用直徑小的焊條，一般選擇4mm焊條，可大大降低焊接殘能量，埋弧焊線能量始終控制在28~33KJ/cm，可有效防止變形。板材焊縫橫向一般收縮為1mm，沿縱向收縮量為0.6mm/m（板厚在12cm以上）。板單元（長10米）的焊縫縱向收縮情況一般在4~6mm。另外，在對板單元縱向面外彎曲進(jìn)行火焰矯形時，面板縱向還要收縮約1.5mm，加上切割坡口及其他矯形過程中的收縮量約0.5mm，共2mm。板單元的橫向收縮情況是，正交異性板單元的焊接橫向總收縮量約為0.5~1.2mm，一般不超過1.5mm。4）、選擇合理的施焊順序和方向焊接順序?qū)附幼冃斡幸欢ㄓ绊懀附禹樞驊?yīng)遵循先約束大后約束小部位，焊接方向一致、多層同順序、兩側(cè)交替焊接、對稱施焊等原則進(jìn)行選擇。（1）在板單元組合焊接時，要從中心向兩側(cè)進(jìn)行對稱焊接，分層焊接時要從同一方向焊接；（2）頂、底板縱向?qū)硬捎猛瑫r同方向焊接或中間向兩側(cè)同時反向焊接，以減小焊接變形并保證焊接變形的一致性。（3）在箱形總拼時先橫隔板與底板、斜底板的角焊縫或熔透角接焊縫，再焊焊橫隔板立位對接，最后焊橫隔板的仰橫位對接。（4）環(huán)縫焊接時，要先從中心向兩側(cè)焊接，先焊接底板頂板，最后焊接懸挑梁，頂板和底板盡量同時進(jìn)行焊接，以減少收縮變形。（5）縱向?qū)雍缚p從一端向另一端焊接，要分層分道焊接，層間溫度符合工藝要求。5）、無馬板組焊技術(shù)。盡量采用無碼焊接技術(shù)，可有效控制焊接變形，無碼焊接工藝是：使用磁吸碼，用磁力把鋼板固定于胎架上，不至損傷鋼板，也避免了繁雜的修補工作。以壓代拉，在平臺或胎架上安裝板材時采用壓鐵壓緊來實現(xiàn)線型吻合和防止變形。先裝構(gòu)架后焊板縫，確實需要在胎架上焊接的板縫，也要改變傳統(tǒng)的先焊板縫后裝構(gòu)架的做法，采用拼板后先進(jìn)行構(gòu)架安裝，裝好構(gòu)架后一起燒焊，利用構(gòu)架來限制板的焊接變形。6）、U形肋與頂板坡口角接焊縫變形控制本橋箱梁U形肋板與頂板焊縫為8mm，要求焊縫有效厚度≥0.85倍的U形加勁肋的板厚，且不允許燒穿，并對焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測。焊接以及焊接變形控制難度較大，經(jīng)綜合分析，對U形肋與頂板的坡口（圖6-1）,角焊縫定位焊采用實芯焊絲（φ1.0）CO2氣體保護(hù)半自動焊焊接，正式焊接采用藥芯焊絲（φ1.2）CO2氣體保護(hù)自動焊焊接，分3道施焊，焊接電流控制在120~130A，電壓控制在28V，焊接速度控制在0.5m/min,焊絲對正位置按照圖6-2圖6-1U形肋與頂、底板的坡口圖6-2焊絲對正位置正交異性板單元U型肋焊接時會在焊縫處產(chǎn)生角變形，變形后的截面情況如圖6-3所示，為了有效地采用反變形焊接工藝控制角變形，必須準(zhǔn)確了解角變形量θ的大小。

圖6-3頂板變形圖因此應(yīng)進(jìn)行焊接變形試驗，測量頂板和底板焊接后的變形弧度曲線，計算各焊縫在焊接期間發(fā)生的角變形量θ。再根據(jù)測量結(jié)果，推導(dǎo)焊接變形公式。角變形量θ與焊接線能量E成正比，與板單元的面板厚度t成反比，根據(jù)公式，可推得正交異性板單元U型肋坡口角焊縫焊接角變形量初步確定了頂、底板預(yù)加的反向角變形量。為保證焊縫有效厚度達(dá)到設(shè)計要求、控制焊接變形，根據(jù)彎曲變形結(jié)果，制作如圖6-4所示的焊接反變形胎架，使工件在近似船形位置的拘束狀態(tài)下焊接。整個板塊采用同方向施焊，并采用合適的焊槍角度及焊絲送進(jìn)位置以保證坡口根部熔合良好，保證焊縫表面成型質(zhì)量。

圖6-4焊接反變形胎架U型肋嵌補段焊接，如兩端同時焊接很容易造成一端因收縮而開裂，解決的辦法是先焊接一端定位焊，在焊接另一端，采用CO2氣體保護(hù)焊分4道焊接，盡量減少焊接能量輸入，焊接前進(jìn)行預(yù)熱50~100℃，焊接后保持溫度150℃~250℃。7）、頂、底板的對接焊接與收縮變形控制頂、底板的對接采用實心焊絲CO2氣體保護(hù)焊打底，埋弧自動焊填充蓋面的單面焊雙面成型技術(shù)。在打底焊道中，過馬板處容易出現(xiàn)根部縮孔、弧坑裂紋、反面成型不好以及間隙不勻所引起的焊縫根部熔合不良等問題。在生產(chǎn)過程中通過嚴(yán)格限制打底焊道工藝參數(shù)、熄弧處加快接頭速度或回焊20mm以上、針對過大或過小的焊接間隙采用向前推或拉的運條方式解決根部熔合不良的問題；并要求焊接完第一道埋弧自動焊后再去除襯墊，讓受熱下墜的焊縫金屬有所依托，避免了由于打底焊道較薄，焊縫受熱后易下墜而導(dǎo)致反面余高過高等外觀問題；馬板在第一道打底焊道焊接完成并等焊縫溫度降低之后拆除，以減小焊接變形。對接焊縫間隙控制在4～7mm之間，通過前期生產(chǎn)實測收縮值,使焊接收縮以及變形處于受控狀態(tài)，從而保證焊接質(zhì)量和整體制造精度。8）、橫隔板對接焊縫的焊接與變形控制橫隔板采用整體隔板形式，橫隔板在長度方向采用立位對接，寬度方向不同于以前的搭接接頭形式，采用仰橫位對接，其接頭形式見圖6-5。圖6-5橫隔板接頭形式立位和仰橫位對接橫隔板板厚為12mm的，采用單面焊雙面成型，背面貼圓弧槽陶質(zhì)襯墊。厚度為16mm的，立位對接采用雙面V形坡口進(jìn)行焊接。橫位對接16mm厚板采用不對稱K型坡口，先焊接大坡口側(cè)，再反面清根焊接小坡口側(cè)，保證熔透。9）、其它焊縫的焊接其余坡口角接、熔透角接以及對接焊縫的焊接除通過采用小的焊接線能量、兩側(cè)交替焊接、對稱施焊、預(yù)留焊接變形量等措施來控制焊接變形外，還采用了下述措施：鋼箱梁總拼現(xiàn)場焊接嚴(yán)格按照焊接順序進(jìn)行焊接，使焊接收縮量及焊接變形處于受控狀態(tài)。焊接過程中嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝參數(shù)，焊接材料的保管及使用嚴(yán)格執(zhí)行要求。培訓(xùn)焊工在室外作業(yè)的防風(fēng)、防雨、除污、除銹、除濕、定位焊質(zhì)量等意識。10）、采用焊接預(yù)熱和后熱工藝，可減少收縮應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力，能有效減少焊接變形。焊接前，應(yīng)采用氧