箱型柱焊接变形控制

1、箱型柱焊接变形的控制摘 要：通过对莱钢信息能源管控中心全焊接箱型柱的制作实践，总结了箱型柱焊接变形的控制方法，为箱型柱的制作提供了借鉴。关键词：箱型柱 弯曲变形 变形控制莱钢信息能源管控中心，建筑面积44436.6，地上部分为钢框架结构，主要由钢柱和钢梁组成，其中钢柱又分为箱型柱、H型钢柱和方管柱三种类型，钢梁为H型钢梁。其中箱形柱断面尺寸大，构造复杂，为全焊接结构，焊接量大，柱的弯曲、扭曲等变形都有非常严格的要求。焊接变形难以控制，是该箱形柱制作的主要难点，一旦变形量超标，矫正极为困难。1.箱型柱焊接变形分析所有的熔化焊都经过热源的加热，使焊接接头处母材及填充材料熔化，随后又冷却结晶形成焊缝

2、。焊接加热和冷却过程是极不均匀而且远离平衡状态的，因而形成复杂的瞬态温度场和应力应变场。由于在加热和冷却过程中材料受约束而产生塑性变形，焊后结构中将留存下永久性的非协调应变，从而产生相当大的残余应力和变形。箱型柱的拼装方法、焊接顺序和方向等因素都会使箱型柱产生弯、扭 、渡浪和收缩等变形。因此，要在无专用工装情况下全面达到钢柱的技术要求，必须确定合理的拼装方式，编排正确的施焊顺序和方向，采用合理的焊接工艺，最大限度地控制焊接变形。2.从装配工艺控制焊接变形2.1组装顺序采用边组装边焊接的方式会因焊接变形给拼装带来困难。考虑到箱型柱的断面尺寸大，内部有足够的施焊空间，采用先组装后焊接。即上盖板在下

3、依次组装腹板及隔板的方式，一次组装成U型构件，定位完毕后，再将U型构件中隐避焊缝焊完。最后盖上上盖板，组装成箱型柱，并在四条长焊缝的两端装好引弧板。2.2箱型柱的横向收缩控制箱型柱横向尺寸须通过预留收缩量来保证。焊接方法及其工艺参数相同，纵向焊缝引起的横向收缩量可归纳为焊缝断面积、板厚和坡口根部间隙的函数，以式1 的形式表示：=aAw/t+bG (式1)焊接横向收缩量，单位mm；Aw焊缝断面积，单位mm2，文中取坡口断面积加焊缝余高面积，余高面积以3mm 的等腰三角形断面积计。t板厚，单位mm；G焊缝根部间隙，单位mm；a，b经验系数，随焊接条件变化而变化。其横向预留收缩量为：上、下盖板2.5

4、mm，腹板2.5mm。 2.3盖板、腹板平面度控制盖板、腹板因下料的不平及与横隔板焊接引起的板中压应力和沿板厚度方向不均匀的焊缝横向收缩产生波浪变形，其值过大会降低柱的承载能力。主要采取以下措施：下料后进行平整，对腹板加以相应的刚性固定，采用较小电流、较高焊速并分层施焊，减小焊接热输入，可有效地控制腹板的变形。 2.4箱型柱的弯曲和扭曲变形控制从柱断面结构形状和焊缝分布看，焊缝对断面重心轴线左右对称，虽焊后产生弯曲变形的可能性较小，但如果焊接措施不当，也会产生较大弯曲变形；此外，盖板与腹板间的纵向角焊缝施焊不当，则会因角变形沿焊缝长度逐渐不均匀增大引起较大的扭曲变形。对于弯曲和扭曲变形，则通过

5、合理的焊接顺序和焊接方法加以控制。在箱型柱四条全熔透焊缝上采用CO2气保焊打底，将两条长焊缝由中间分开向两端对称施焊，并采用断续焊以减少热输入。焊接顺序是首先四人同时焊一面的两条焊缝，从柱中间部位焊起（图1），每隔500mm焊300mm，然后翻转构件，将另一面焊完，最后再翻转构件，补焊这一面，可较好的控制箱形柱的焊接变形。图1：箱型柱打底焊示意图打底完成后，将箱型柱吊到龙门式全自动埋弧焊机的料架上，调整焊机头，同时焊两道主焊缝。完成后翻转箱型柱，焊另外两道主焊缝。两道焊缝采用同时焊接工艺，最大限度地减小了焊接变形。3.从焊接工艺控制焊接变形3.1焊接人员焊接人员除焊工外，还应配备专门的焊接技术

6、人员、焊接检验员和无损检验人员。参加焊接的焊工应按有关标准进行培训和考核，持证上岗。3.2焊接材料焊条和焊剂使用前必须严格按相关规范进行烘干。烘干后的焊条和焊剂应保存在100150的恒温箱中，随取随用，焊工应备有焊条保温筒，使用过程中保温筒应通电加热，焊条随用随取。焊条烘干后在保温筒内超过4 小时应重新烘干，烘干次数不超过两次。使用过的焊剂，要注意严防氧化皮等杂物混入，并经重新烘干才能再次便用。焊剂反复使用时，应不断添加新的焊剂，并尽可能混匀。3.3焊接设备手弧焊选用参数稳定、调节灵活的逆变焊机。自动焊选用交流埋弧焊机。焊机上的电流、电压表要按规定作检定。3.4焊接工艺制定并实施合理的焊接工艺

7、是保证焊接质量的重要手段,也是有效控制焊接变形的途径。（1）焊前应检查坡口组对质量,如发现尺寸超差或坡口及其附近有缺陷,应处理后方可施焊。腹板与翼板焊接坡口为40° 45°单面坡口。采用自动火焰切割方法制备。（2）焊前必须清除工件焊缝周围不少于20mm 范围内的油、水、锈及其它杂质。（3）定位焊。定位焊工艺与正式焊缝相同,定位焊长度应在50mm 以上,间距为100400mm,厚度不宜超过正式焊缝厚度的二分之一。定位焊后的裂纹、气孔、夹渣等缺陷均应清除干净后重焊。（4）焊接顺序。从中间向两端分向对称焊接,先焊隔板的立焊缝,再焊与翼板连接角焊缝,最后焊接外面4 条开坡口的组合焊

8、缝。在施焊时,要注意焊缝顺序,防止箱形柱产生扭曲变形。焊接工艺参数。手弧焊: 焊条直径4.0mm, 焊接电流160180A。CO2气保焊打底：焊丝为ER50-6，1.2mm，电流180-210A，电压23-25V。焊接速度6-8m/h。埋弧自动焊: 焊丝为H08Mn2Si，焊接电流630650A，电弧电压3436V。（详细焊接变化情况见表1）表1：箱型柱焊接变形测试表电流A电压V送丝速度m/h焊接速度m/h变形情况焊缝尺寸及成型570328025很小焊脚尺寸不够，咬边严重610348022很小咬边严重640348226小焊缝稍微侧偏640368426很小焊缝成型较好650368525较小焊缝侧偏680388728较大侧边严重4.焊后结果及分析 莱钢信息能源管控中心全焊接箱型柱的制作，采用了以上装配焊接工艺，很好的控制了其焊接变形。箱型柱现场整体装配焊接后检测，其弯曲、扭曲、波浪及收缩等变形和尺寸都在设计要求范围之内，为后续的现场安装工作提供了方便。图2：制作完成后的箱型柱5.结 论( 1 )合理的组装顺序及认真细致的焊接变形分析是控制全焊接钢箱形柱焊接变形的前提。( 2 )根据焊接变形分析结果，制定出合理的装配焊接工艺，并严格执行，是有效控制全焊接钢箱形柱焊接变形的关键。( 3 )实践证明，上述焊接变形控制措施