焊接收缩变形及其控制

1、大型钢箱梁焊接收缩变形及其控制一.焊接残余变形的机理及影响因素.焊接残余变形钢材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接头处局部加热，使 被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液态金属，形成熔池， 随后冷却凝固成固态金属，使原来分开的钢材连接成整体。 由于焊接加热，熔合线以外的母材产生膨胀，接着冷却，熔 池金属和熔合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变 化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产 生塑性变形。这样，在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形 残留下来。表1为焊接残余变形的基本形式。实际结构中, 焊接残余变形呈现由由这些基本形式组合的复杂状态。* 1焊接我余变搪的茶本揩式焊揍变意他基本樵

2、加n 9说 明板面内变形向1修事W# 门触，网纵向收看,m .指胃庠健方同的收缩旋转变形城口摩接时，阳署理横的进行，凝方城口间或是条开 成星同合的变照工热源的赭方向完全不景狗戏时.城口 闻鼻常常球开,岸接人热*大,张开西大植画外事曲 空借值向诗曲变影 南变股)在籁厚方啊由于埠接引起的湿度分布不均为时,粗板沿 惮囊产生的毒茹娜姒向受的堂博沿群睫方向的弯曲变奉.影响焊接变形的因素CO2气CO2气(1 )焊接方法：钢桥的焊接连接通常采用手工弧焊、 体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法(包括针对不同焊接接头 形式选用的施焊工艺参数)。因这些焊接方法输入的热量不 同，引起的焊接残余变形量也不同。(2)接头形式

3、：钢桥接头通常有对接接头、T型接头、十字型接头、角接头、搭接接头和拼装板接头。一般采用对接焊 缝的角焊缝，包括板厚、焊缝尺寸、坡口形式及其根部间隙、 熔透或不熔透等。即构成焊缝断面积及影响散热(冷却速度) 的各项因素。(3)焊接条件：预热和回火处理，以及环境温度等对钢材 冷却时温度梯度的影响因素。(4)焊接顺序及拘束条件：对于一个立体的结构，先焊的 部件对后焊的部件将产生不同程度的拘束，其焊接变形也不 相同。为防止扭曲变形，应采用对称施焊顺序。二、南京二桥的构造特点.钢箱梁结构特点南京二桥钢箱梁全长1238m,主跨长628m是目前世界第三， 中国第一的大跨度钢箱梁斜拉桥。全桥钢箱梁分成93个节

4、段，标准梁段长15m,宽38.2m ,高3.5m。图1为钢箱梁 横断面图。共划分成 55块带纵横加劲助的板单元构件在工 厂预制，然后在桥位附近的组装场正装法拼装焊接成钢箱梁 节段，而后船运至桥下吊装就位，焊接连成全桥。理加配班技板I族因却医鼠L战再展第!城注底板】块i料底.板口城.思厚理加配班技板I族因却医鼠L战再展第!城注底板】块i料底.板口城.思厚Lm顶板口注，坂鼻外,也馍枷J块也Dm3蚁隔板I妹”施） Jf.*爆板3、JF葡器、J!iv通阿虹I低皿Dm二配或威iu与_ _ j国1南京二桥铜箱耍横断面图.钢箱梁几何精度控制方法 从上节所述的制造和安装顺序看，钢箱梁几何尺寸的控制要点及控制措

5、施加表2几何尺寸控制置点隹 度 - 陡 _箱梁制陶后搐设计设定的上、下H辍氏度切割宽 度*高工厂内措确控制检单元构件的宽度和各口杂曲的1局堂.上、下/庠头31个版单元件.疔 条触向对接焊域内条始造的煤在焊接扣掏柒条忤例冏情况F韦忠横向排接收落变界后用装伴按血寐脑梁力扑后、横用餐为闻讯控餐育度一而厘期邮震段烟口匹配柳锦梁映飘向U型的匹配 撰 度面板欣元件平面度控制.内外帕电拉副轴悻平面意，对落8fc焊防止都国变博 起段渐震匹配期族.AEn设置阿时工艺1g板，完谣后柝馨 每块值扭、帐蚯、斜底板中心舞精一匹配按设计设定的拱度需应迷缝匹配预耕装耦罐建几何尺寸座制项点及指整三、焊接收缩量测量试验由钢箱梁

6、结构特点及其几何尺寸控制项点可知，除宽度及相 邻梁段U型肋匹配与焊接横向收缩密切相关外，其他项点均 可通过焊后处理措施达到精度要求。所以准确掌握梁段板块 焊接横向收缩量是控制钢箱梁段制造几何尺寸精度的关键， 所以本文仅就各种条件下的焊接横向收缩量进行了详细测 量。.板块焊接工艺参数（表3）树株板埠r (mm)城口岸式及焊道坏接方法片面埠 道数用些电流(直)电国 (V)坤按理 演献知12二道抬气悻保 护埠打虎.平坤1ER3O-641.2ITSiLS2316-82240 上 20262二遇埋加自动, 立面,平鼻3HWlMn2E+45% 土初30412377匚4S90130324 114fi二道6,

7、伴保 拧饵打黑.平理1ER50-6 打；17515232fi26-8k +p2240120二道曜我自篇理月前3HQ8Mh2 EM59013030 土 123T76845903032 116二，仲弹护理打班,平薛1ERSiT 4.2175152311匚2029026123二遍埋果自动姆面，平擦3阳5W3Q301123-2745903032110gr体保护理士 女平捍LEK50-6 *L2L7S115231112蝇240*20244 2袤3用二密4元时接嶂H工艺#餐.测量试验简介 为了减少组装胎架上的焊接工作量，先在胎架侧的平台上将 2.4m宽的板单元构件两两拼接成 4.8m宽的块件，简称拼板,

8、这就使胎架上拼接工作量减少约一半。由于胎下和胎上的拘 束条件不同，按不同板厚，对其焊接收缩量分别进行了测量。 另外，根隔板长约 33nl考虑运输条件分成三块制造，胎架 上立焊拼接。因下端已与底板和斜底板焊连，呈较强拘束状 态，上端为自由状态，对其横向收缩变形也进行了测量。测 量标距取300mm为减少温差影响，测量时间定在温度相对 恒定的时间内进行。.测量结构及分析对相同板厚、相同焊接工艺、相同拘束条件，横向收缩值按 焊缝根部间隙分组，各组 数据分布直方目如图2所示。图中 G为焊缝根部间隙，A为焊接横向收缩量。图3表示图2中的纵向对接焊引起的横向收缩平均值与根部 间隙的关系。a) 12h版0元对

9、接均值：2 67AB方务：C -均值：4913方差 Q3U均值：1 方侵，(L3l2mg. I.Z Em78均Oh 3. 100m 方恭：0 404mG-6.Zn-iaz均值11 147MB方蒙：a 367m8. |*Uw均值：fjg.1 0.3MmG0 Eft-M 均值：a.eoom 方差：。.53mG”9. Sim均值X2I72方: 0 430mCM.O-S.Owb E1 坨值：3. 17! 方”，0 237g. I i. Out M340伍 3 IGSw 方步，0.33：W. I 7.0m E9 均值，3.3Q 方建、0.S02WI37. If OwEm”均值：3.函方务，0.2M5均O

10、b工521 方生；a V均值；3.315, 方建:0.409mGM. 1 f AMC Y 0*9.5GM. 1 f AMC Y 0*9.5 11=13EM为OL 3, Ml*均值：1120m方务，0方星；SVGM. 0-*$. Omi Eft-12 均值t8!7l 方叁,0.32b*均值：2. 40rb力 0. I9C1g in Z 均值，3 12X 方紫：。.方8.1n Ewn均值：i nta 方建:0.299mG“.IX 14均at： 2.3 方垃：二43JIXS.,19均值 2.肌方”,。.332X If 20 均 flb 2 ? 方拉，U.3*hg. i-s a47片h工M20方差i

11、0.309mg. 17.5m EmW 均值：3. 417m0. IS)-04.0-*9. nm ftIZQ均堂.久5 方星：a 44yml阳2横向收始变形实测数据分布出方用614一柳兴昌料5 6 &5 T K5 8队5 9附1也簟川而对接4 11粗或对接4 11粗或对接察部制宓G及其早埼值4,。一54 均依4J4-5，心 均值4/55.1-6.fl(ft 3 756u l*-7-G均值6 751LH 均值7.75&IT 5 019.0图蜩业7骅.1111.6128.3ttXb)&L697.1112126,1147.4图必）总标lfl9.J)17.01M.5166.6matdJ67.9油M蛇11

12、11.61珥5用珈）TL7由a1也128.114，4J根M卸附件It收抵堂序的串哨姆里吊面舸焊接方法及其工艺参数相同，纵向对接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，以公 式（1）的形式表示： = aA/i + bG（1）式中 匕焊接横向收缩盘,单位mm：Au.母缝断面积，单位mn?,本文中取坡口断面积加焊地余高面积,余用按3mm 的等腰三题影断面积计.不同位置焊堤断面积列于表4;t板厚，单位 mmG-焊缝根部间隙，单位 mma, b-经验系数，随焊接条件变化而变化。将图3中各组数值按公式（1）进行回归，可得各回归参数 如表5。图3各图中的斜线为按公式(l )计算所

13、得直线。从相关系数可知，利用回归所得系数a, b值(表5)及公式(1),可以较准确地预测给定焊接条件下的焊接横向收缩 量均值，通过均值及其标准偏差回，可以预测横向收缩量范 围。表5a.b系数组别板厚 t(mm)ab相关系图3 Q)123.2-3.40.999999图3144.31 4.60.999994图 3 (c)164.87.10.999967图 3(d)_ 123.5-3.80.999999图3144.04.40*999898j从图3和分析可得如下结论：(1)焊接工艺相同，板厚相同，约束条件相同，横向收缩 量随坡口根部间隙增大而增大，呈线性关系；(2)图3 (a) , ( b) , (

14、c)比较可知，焊接工艺相同， 拘束条件相同，坡口根部间隙相同，横向收缩量随板厚增加 而增加；(3)约束条件对横向收缩量影响显著。图3 (a) , ( d)中因板厚相同，约束条件相同，所以横向 收缩量非常接近。图3 (b) , ( e)中虽然板厚相同，但拘 束条件不同，所以总拼时的测量值小于拼板时的测量值。说 明总拼时横隔板对顶板的约束强于拼板时柔性马板的约束。图4为横隔板测点的布置及焊接横向收缩量均值随测点位置变化情况。接 施工顺序，横隔板下端和底 板横助焊接后，才进行相邻横隔板单元对接焊接，施焊顺序 从下向上。图4表明，越接近底板强约束端，收缩量越小， 越接近上侧自由端，收缩量越大。加0 Jff横隔板上端K 5底板收岫L5 2. 53.5横向收缩量K 5底板收岫L5 2. 53.5横向收缩量（M）5 4 3 2 1 选新育(单匕林黑法金)4横隔板对焊缝横向收缩盘与测点位置关系四、焊接横向收缩变形的补偿 根据测试结果及分析，南二桥制造过程中采取一定措施对焊 接横向收缩量予以补偿：顶板、底板、斜底板等单元下料宽度比设计尺寸