减少薄板箱体柱变形的一种制备工艺
2014-10-21孙记伟
孙记伟
摘要:通過对中国移动鹤壁移动分公司指挥楼项目全焊接箱型柱的制作实践, 我们改进了箱体柱的通用工艺,对箱体柱主体四个板对接,焊缝不需要打破口,接头形式为交接接头,总结了厚度为T=10mm箱型柱焊接变形的控制方法,焊接熔深为9.8mm,采用优化后的箱体柱制备工艺可以保证了焊接强度,为薄板箱型柱的制作提供了借鉴。
关键词:箱体柱;交接接头;焊接
1.前言
近年来,多层钢结构住宅以及商贸大楼在我国应用越来越广泛,箱型截面比普通结构框架显示出了较好的性价比。箱形柱断面尺寸大由腹板与翼板的截面构成一个“回”子型,箱体内部有工艺隔板及内隔板,构造较为复杂,箱型柱为全焊接结构,焊接量大,特别是内隔板的四周有四条二氧化碳气保焊焊缝以及2道电渣焊焊缝,焊接后容易产生应力集中,产生箱体柱的变形。在制备过程中箱体柱的弯曲、扭曲等变形都有严格的要求,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,矫正较为困难[1]。薄板相对于厚板更容易产生变形,因此,箱体柱薄板变形是制备过程之中遇到的问题,本公司签订了中国移动鹤壁移动分公司项目,此项目的箱体柱f腹板、翼板的板厚度T为10mm,板材较薄,容易产生变形。
2.箱体柱组装
我们改进了箱体柱的通用工艺,对箱体柱主体四个板对接,焊缝不需要打破口,接头形式为交接接头如图1所示,焊接后焊缝形式如图2所示,这种工艺可以减少箱体柱的变形。
图1 腹板与翼板的组立形式 图2 腹板与翼板的角焊缝形
箱体柱的变形主要是受热造成的,在加热而后冷却过程中微观的铁、碳原子重新分布而组成不同的结构,晶粒大小不同于了与先前的材料,导致宏观性能表现出不同的差异,材料收缩或者膨胀。因此,钢材在在瞬间加热与冷却过程之中容易造成箱体柱的变形。箱体柱的制作通则工艺,箱体柱主体焊缝坡口加工采用半自动火焰切割机进行,当箱型柱面板厚度T小于20mm时,其坡口形式如图3所示,焊接后焊后形式如图4所示:
圖3 腹板与翼板的坡口形式 图4 腹板与翼板的对接焊缝
腹板没有打坡口,节约了箱体柱的制备成本;打破口的工时约站整个箱体柱的制备工时10%,因此节约工费10%。
采用角焊缝,节约了原材料成本;节约材料成本K%,K=2t/(H+L),如下图5的阴影面积。
图5 节约材料图示
3.箱体柱组装工艺
3.1 隔板组装
在装配胎架上把划好线的下翼板置于组立机平台上,把已装配好的各隔板定位在下翼板上,如图6所示。
图6 隔板组装示意
3.2 腹板组装
采用组装平台和自制龙门架人工装配两侧腹板,使隔板对准腹板上所划的位置,组装U型箱体,如下图7所示:然后,对腹板与隔板及腹板与翼板之间的焊缝进行定位焊,对隔板与腹板和下翼缘之间的焊缝采用CO2气体保护焊进行全熔透焊接。
图8上翼板安装示意图
4.箱体柱焊接
箱体柱板厚为10mm,二氧化碳气保焊焊接熔深为2-3mm,焊后效果如图9所示,圆弧过度造型美观,圆弧过渡还可以起到减小应力集中,加强箱体柱的强度的作用。利用探伤仪对焊接后的交接焊缝进行探伤,探伤结果如图10所示,在紫色线下面的区域内有一个小波峰,峰值在焊缝质量评定线的下方,表明了焊缝内没有夹渣与气孔,焊接熔深显示为为9.8mm,采用优化后的箱体柱制备工艺可以保证了焊接强度。
焊接的热效应导致焊接内产生焊接内应力,不同的焊接工艺在焊接部位产生不同形状的温度场[2]。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。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
图9 焊缝效果图 图10 焊缝探伤图
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。在不同的温度,不同的位置及不同的时刻,将产生不同的热变形,延伸或收缩,由此导致产生塑性变形及内应力。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。单边埋弧焊时由于板的纵向收缩不均匀,会引起挠曲变形,在焊接时,双面同时使焊,此种工艺腹板翼板同时收缩,受力均匀[3]。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。
5.结论:
(1)焊缝不需要打破口,采用角焊缝的焊缝形式是有效控制全焊接钢箱形柱焊接变形的一种工艺;
(2)焊缝内没有夹渣与气孔,焊接熔深为9.8mm,采用优化后的箱体柱制备工艺可以保证了焊接强度;
(3)实践证明,此种工艺适用于薄板焊接。
参考文献:
[1]舒先庆,黄新明,代国文.钢结构制造中焊接变形的控制方法.电焊机[J],2007(6):127-129.
[2]张文钺.焊接冶金学[M].北京:机械工业出版社,1999
[3]巫升儒.建筑钢结构焊接变形控制措施.引进与咨询[J],2005(3):23-25.