关于箱型钢梁焊接变形矫正工艺的探讨.pdf
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1、90关于箱型钢梁焊接变形矫正工艺的探讨李瑞娟张士锋尚园/中国电建市政建设集团有限公司【摘要】箱型钢梁近年来在止水闸门中得到普遍应用,但因其特殊结构给焊后矫正造成了一定的困难。本文结合公司已完工项目实践,对产生变形的原因、形式、各个部位矫正的方法以及施工中减少焊接变形的工艺进行了系统的阐述。【关键词】箱型钢梁焊后变形火焰矫正机械矫正引言近年来随着闸门止水深度的增加,深孔闸门应用越来越普遍,带来的是闸门整个钢结构的稳固性增加及闸门面板、大梁板材厚度的增加。此时箱型梁以其荷载水平高、工期短、结构性能好等优势得到了普遍应用,成为技术含量高的工程设计中不可或缺的重要部分。因箱型梁的特殊构造,尤其是特厚板
2、作为腹板时,因其焊接量大,焊后易变形,给矫正带来了一定难度。本文通过分析焊后变形的原因及基本形式,对箱型梁焊后不同部位矫正做一定程度解析,以达到优化施工工艺、减少焊后变形的目的。2箱型钢梁产生焊后变形的原因受焊接电流、材质、工艺等诸多因素的影响,钢构件会产生应力和变形,这种变形是焊接时不均匀加热引起的。在施焊时焊件上产生不均匀的温度场,这种温度场大多数情况下是非线性分布的,在焊缝附近温度最高,可达16 0 0,邻近区域则温度急剧下降。钢材在加热时高温区膨胀最大,但由于截面平面变形的作用,高温区受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材的限制,而不能自由地进行膨胀,于是焊件中产生了压应力。由于焊接过程中
3、,焊缝先后冷却的时间不同,先焊的已经凝固,具有一定强度,它会防止后焊焊缝在横向方向的自由膨胀,使它发生横向的塑性压缩变形,导致冷却后在后焊的焊缝内产生横向拉应力,而在先焊部分产生横向压应力。很明显,当施焊方向不同,横向残余应力沿焊缝轴线上的分布也会不同,在最后施焊的末端必然产生拉应力。压应力和拉应力构成了焊后结构件的内应力。由于内应力的作用,焊件的几何形状会被改变,焊缝附近热影响区的金属会发生缩短,表现为钢结构的变形。3箱型钢梁不同部位矫正方法解析结构件焊接后发生的变形大致可分为两种情况,即整体结构变形和局部变形。整体结构变形包括板材坡口对焊后产生的长度缩短(纵向收缩)和垂直于焊缝长度方向的横
4、向收缩,致使边板翘起产生角变形。局部变形则表现为腹板凸弯、翼板波浪形、翼板角变形等。矫正方法一般分为火焰矫正和机械矫正,两种矫正方法的原理及产生的效果不尽相同,在实际应用中要根据变形程度、变形部位来选择单一或是两者综合的矫正方法。火焰矫正:变形的原理与产生焊接收缩变形的原理相似,它是通过对变形的钢材烤火加热,使金属发生膨胀,但由于周围冷金属对加热处物体的限制,使受热物体受到压缩。冷却时产生很大的冷缩应力,钢材就会因比原来的尺寸有所缩短、减少而发生预期变形,从而达到矫正的目的,它是利用金属材料热胀冷缩的特性进行的一种反变形。火焰矫正,一方面是恢复变形,另一方面是释放焊接残余应力,矫正的方法是通过
5、造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。机械矫正:通过外力施压于变形位置,使变形部位受外力作用,先产生弹性变形,后产生塑性变形,致使钢构件沿着用力的方向发生变形,以此抵消焊后产生的变形,从而达到矫正变形的目的,适用于变形不大或薄板的矫正。3.1较窄翼板的角变形矫正在坦桑尼亚水电站项目事故门施工中,因前后翼板多出腹板宽度两侧8 2 mm,仅采用火焰矫正很难收到很91关于箱型钢梁焊接变形矫正艺的探讨好的效果,需采用火焰加机械的综合矫正方法,即需做龙门式工装,用千斤顶外力配合火焰矫正来达到矫正的目的,见图1。自制矫正龙门千斤顶箱型梁图1较窄翼板角变形矫正示意图火焰矫正采用线状加热,用烤枪对准焊缝的反面
6、,纵向线状加热,加热温度6 8 0 7 50,颜色呈深樱红色。加热深度不超过板厚的1/3,加热范围在两焊脚所控制的范围。线状加热时不应在同一位置反复加热。为避免产生弯曲和扭曲变形,线状加热过程应由中部向两边辐射,即由两人同时用烤枪从中部向两侧烘烤,使应力走势均匀。在烤火的同时,用龙门固定千斤顶,使千斤顶顶压于变形部位。在矫正过程中要用角尺不断测量,避免出现矫正过度的现象。通过此类综合矫正方法可大大缩短矫正工期,避免了单独采用火焰矫正需多次对翼板进行烤火冷却而造成翼板应力集中的现象。3.2翼板的侧弯矫正因箱型梁呈一个箱体结构,焊后变形时各个方向会产生制约变形的拉力,使得腹板在焊接过程中极少出现侧
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