一.焊前预防措施
焊接应力的控制措施主要包括反变形法、加裕量法、刚性固定法和预拉伸法。
1.反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在焊件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。这种预制的反变形可以是弹性的,塑性的或弹塑性的。采用加裕量的办法控制焊接变形时,在工件下料尺寸上所加的焊接裕量通常为0.1%~0.2%,以弥补焊后变形。
2.刚性固定法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件加以固定来限制焊接变形,对于刚度小的结构刚性固定可有效的控制角变形、波浪变形及弯曲变形。结构刚度越大,刚性固定法控制弯曲变形的效果就越差。刚性固定可减少焊接变形,但会产生较大的焊接应力。
3.预拉伸法是采用机械预拉伸或加热预拉伸的方法使钢板得到预先的拉伸与伸长,这时在张紧的钢板上进行焊接装配,焊后去除预拉伸或加热,使钢板恢复初始状态。此方法多用于薄板平面构件,可有效地降低焊接残余应力,防止波浪变形。
不同的预热温度在降低残余应力方面有的差别:当预热温度在300℃~400℃时,残余应力水平降低30%~50%,当预热温度为200℃时,残余应力水平降低10%~20%。
二.焊接过程控制措施
焊接过程中采用合理的焊接方法和焊接参数,选择合理的焊接次序,随焊强制冷却,等措施均可降低焊接残余应力、减小焊接变形。
1.先焊短焊缝后焊长焊缝。焊接1米以上的长焊缝时要两头中间断断续续的焊,不要连续焊接,采用逐步退焊、跳焊预留焊接长度的方法,预留100~200mm的焊缝对纵向收缩变形给予补偿,减少焊接变形量。
2.厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。“t”形接头板厚较大时采用开坡口对接焊缝。双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多层焊时采用与构件中心线(或轴线)对称的焊接顺序。
3.纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。
4.对于焊缝较多的构件,组焊时要采取合理的焊接顺序。根据结构和焊缝的布置,要先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝。
5.选用不同的焊接参数,采用能量密度较高的焊接方法,通过较小的焊接热输入,控制焊接温度场,减小焊接变形。
6.采用焊强制冷却的方法使焊缝处热量迅速散走,减小金属受热面,也能显著降低残余应力和减少焊接变形。
三.焊后矫正措施
当构件焊接后,只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为机械矫正和加热矫正。加热矫正又分为整体加热和局部加热。
机械矫正:
机械矫正法是采用手工锤击、压力机、多辊平板机等对焊件进行静力加压或辗压,产生新的塑性变形,使原来缩短的部分得到延伸,从而矫正变形。
加热矫正:
1.整体加热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用。
2.局部加热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到构件本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的,局部加热矫正方法简便灵活,因此在生产上广为应用。在实际使用时应控制加热的温度与位置,对于低碳钢和普通低合金钢,常采用600~800℃的加热温度。
局部加热矫正的方法有以下三种:
①点状加热法多用于薄板结构,加热点直径d≥15mm,加热点中心距a为50~100mm。
②线状加热法多用于矫正角变形、扭曲变形及筒体直径过大或椭圆度。
③三角形加热法多用于矫正弯曲变形。
局部加热矫正的注意事项:
①矫正变形前应认真分析变形情况,制定矫正方案,确定加热位置及矫正步骤。
②认真了解被矫正结构的材料性质。焊接性好的材料,矫正后材料性能变化小。对于已经热处理的高强度钢,加热温度不应超过其回火温度。
③加热火焰一般采用中性焰。
④当采用水冷配合火焰矫正时,应在钢材冷却到失去红态时再浇水。
⑤由于火焰矫正需要对构件再次加热至高温,所遇对于合金钢等材料应当慎用。
⑥采用锤击法矫正薄板变形时,应采用木锤。
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