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(yàn)焊接變形的影響因素很多，如板厚、焊縫長(zhǎng)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(duì)焊接變形進(jìn)行試驗(yàn)，具體方法是：焊接時(shí)對(duì)環(huán)縫焊前（打點(diǎn)距離300mm）和焊后進(jìn)行跟蹤量測(cè)，確定在各部位、縫寬、板厚、氣溫條件下的相對(duì)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(jī)將板料進(jìn)行平整，確保板料平整度符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。下料時(shí)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(jì)要求尺寸。2）、裝配及固定加強(qiáng)對(duì)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(cuò)邊。采取工裝對(duì)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(shí)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(duì)材料及構(gòu)件進(jìn)行焊接變形試驗(yàn)，就是對(duì)焊件在焊前（打點(diǎn)距離300mm）和焊后進(jìn)行跟蹤量測(cè)，確定在各部位、縫寬、板厚、氣溫條件下的相對(duì)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(yàn)公式進(jìn)行估算，但要經(jīng)過試驗(yàn)來確定具體數(shù)值。

計(jì)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(jī)械冷加工方法打坡口。采用單面焊雙面成型。對(duì)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(duì)接焊縫等采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型技術(shù)。采用自動(dòng)埋弧焊時(shí)，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(zhǎng)10米）的焊縫縱向收縮情況一般在4~6mm。另外，在對(duì)板單元縱向面外彎曲進(jìn)行火焰矯形時(shí)，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?，焊接順序?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(duì)稱施焊等原則進(jìn)行選擇。（1）在板單元組合焊接時(shí)，要從中心向兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱焊接，分層焊接時(shí)要從同一方向焊接；（2）頂、底板縱向?qū)硬捎猛瑫r(shí)同方向焊接或中間向兩側(cè)同時(shí)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(shí)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(duì)接，最后焊橫隔板的仰橫位對(duì)接。（4）環(huán)縫焊接時(shí)，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(shí)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(bǔ)工作。以壓代拉，在平臺(tái)或胎架上安裝板材時(shí)采用壓鐵壓緊來實(shí)現(xiàn)線型吻合和防止變形。先裝構(gòu)架后焊板縫，確實(shí)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(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。焊接以及焊接變形控制難度較大，經(jīng)綜合分析，對(duì)U形肋與頂板的坡口（圖6-1）,角焊縫定位焊采用實(shí)芯焊絲（φ1.0）CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊焊接，正式焊接采用藥芯焊絲（φ1.2）CO2氣體保護(hù)自動(dòng)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(duì)正位置按照?qǐng)D6-2圖6-1U形肋與頂、底板的坡口圖6-2焊絲對(duì)正位置正交異性板單元U型肋焊接時(shí)會(huì)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(yàn)，測(cè)量頂板和底板焊接后的變形弧度曲線，計(jì)算各焊縫在焊接期間發(fā)生的角變形量θ。再根據(jù)測(cè)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(jì)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(gè)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(bǔ)段焊接，如兩端同時(shí)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(duì)接焊接與收縮變形控制頂、底板的對(duì)接采用實(shí)心焊絲CO2氣體保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)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(duì)過大或過小的焊接間隙采用向前推或拉的運(yùn)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(dòng)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(duì)接焊縫間隙控制在4～7mm之間，通過前期生產(chǎn)實(shí)測(cè)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(duì)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(zhǎng)度方向采用立位對(duì)接，寬度方向不同于以前的搭接接頭形式，采用仰橫位對(duì)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(duì)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(duì)接采用雙面V形坡口進(jìn)行焊接。橫位對(duì)接16mm厚板采用不對(duì)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(shí)。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