在青島鋼結構制作過程中,可從設計、工藝、操作等多方面采取措施避免焊接變形,以下是具體說明:
設計階段
合理布置焊接坡口:選擇易于加工的坡口形式,確保焊縫能夠完全焊接,減少焊接后變形的可能性。比如在設計時充分考慮焊接工藝要求,使坡口角度和間隙合理,避免因坡口設計不當導致焊接應力集中而產生變形。
減少焊縫數量和尺寸:在保證結構強度的前提下,盡量減少焊縫的數量和尺寸。過多的焊縫會增加焊接熱輸入,使結構產生更大的變形。同時,合理布置焊縫,避免焊縫密集,應使焊縫位置盡可能靠近構件的中和軸,并使焊縫的布置與構件中和軸相對稱,以減小焊接變形。
優化構件結構:盡量選用對稱的構件截面和焊縫位置,使結構在焊接時受力均勻,減少因應力集中導致的變形。例如,在設計鋼結構時,采用對稱的梁柱截面形式,可有效降低焊接變形的風險。
工藝準備階段
選擇合適的焊接材料:充分考慮母材的化學成分、物理力學性能、接頭形式等因素,選擇合適的焊接材料。在保證設計強度的前提下,盡量選擇低氫堿性或鈦鈣焊條,因為其屈服強度較低,沖擊韌性較好。同時,預加熱焊條,提高焊條的疲勞強度,以減少焊接缺陷和變形的產生。
確定合理的焊接工藝參數:合理選擇焊接電流、電壓、焊接速度等焊接參數,以控制焊接熱輸入,減少焊接變形的產生。尤其要注意控制加熱輸入不過高,避免產生過大的熱應力引起變形。例如,對于薄板焊接,應采用較小的焊接電流和較快的焊接速度,以減少熱影響區的范圍。
選擇合適的焊接方法:不同的焊接方法產生的熱輸入不同,對焊接變形的影響也不同。在建筑鋼結構焊接常用的幾種方法中,除電渣焊以外,埋弧焊熱輸入最大,手工電弧焊熱輸入居中,CO?氣體保護焊熱輸入最小。因此,在條件允許的情況下,優先采用熱輸入較小的焊接方法,如CO?氣體保護焊。
焊接操作階段
采用反變形法:根據生產中焊件變形規律,焊前預先將焊件做出相反方向的變形以抵消焊后發生的變形。例如,對于V型坡口單面焊縫一般發生的角變形,可在焊接前將工件預先反向斜置,焊接后由于自身收縮,使工件恢復到平正的形狀。對于較大剛性的構件,下料的時候,該部件可以制成預定尺寸和方向的反向變形。
運用剛性固定法:將焊件固定在剛性平臺上或在焊接用夾具上夾緊進行焊接,增加焊件的剛度或拘束度,減小變形。常見的方法有夾具法、支撐法、胎具法、臨時固定法(如焊釘固定和壓緊固定法)、定位焊接法等。但在采用這種方法時,必須等焊接冷卻后再把夾具和支撐卸去。
控制焊接順序:
對稱焊接:對于對稱的雙面坡口焊縫,宜先在深坡口面完成部分焊縫焊接,然后完成淺坡口面焊縫焊接,最后完成深坡口面焊縫焊接。特厚板宜增加輪流對稱焊接的循環次數。有對稱截面的構件,宜對稱于構件中性軸焊接;有對稱連接桿件的節點,宜對稱于節點軸線同時對稱焊接。
分段退焊和跳焊:長焊縫宜采用分段退焊法或多人對稱焊接法,避免工件局部熱量集中。同時,宜采用跳焊法,減少焊接應力的積累。
先焊收縮量大的焊縫:如果一個構件既有對接焊縫,又有角接焊縫,應先焊對接焊縫,后焊角焊縫。一般來說,對接焊縫的收縮大于角焊縫的收縮。
錘擊焊縫法:此法主要適用于薄板的焊接。當薄板的焊縫及其熱影響區還沒有完全冷卻時,立即對該區域進行錘擊,對于厚板則用風槍敲擊,以釋放焊接應力,減少變形。
其他方面
預熱和后熱處理:對于材料容易變形的焊接接頭,可以在焊接前進行適當的預熱,以減少焊接熱應力的產生。預熱溫度和層間溫度應根據具體情況確定,一般可以根據焊接材料的熱導率和熱膨脹系數來選擇合適的預熱參數。焊接后,可以進行適當的后熱處理,如回火、退火等,消除殘余應力,進一步減少變形。
控制環境溫度:在鋼結構加工過程中,環境溫度對焊接也有影響。特別是在使用低溫焊接時,由于預熱溫度不同,焊接強度不同,特別是在厚板焊接中,低溫會大大影響鋼板的強度指標,還會在焊縫和熱影響區之間產生馬氏體等脆性組織。因此,應特別注意環境溫度對焊接的影響,根據環境溫度調整焊接工藝參數。