谈钢结构桥梁焊接变形及裂纹的控制与矫正

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　　摘要：随着焊接技术的日臻完善，焊接钢结构的产品不仅在铁路桥梁和建筑结构上得到了广泛的应用，在机械产品中所占的比例也在逐步增加。然而由于专业所限，很多产品的设计都不甚合理之处，给焊接生产带来了困难或增加了制造成本。
　　关键词：钢结构；桥梁焊接；变形；裂纹
　　
　　一、关于焊缝尺寸的设计
　　在焊接钢结构设计中，为了得到合理的焊缝尺寸，首先应当明确焊缝在构件中是承载焊缝还是联系焊缝及所承受的荷载大小，尽可能地避免采用大的焊缝尺寸以减小焊接金属的填充量和构件的焊接变形及残余应力，从而即可保证构件质量又能降低构件的制造成本。根据钢结构焊接梁角焊缝尺寸的设计公式(1)，可以计算出满足承载能力的最小焊脚尺寸：
　　
　　 (1)
　　式中：为焊脚尺寸；为度设计值；V为计算截面的剪力，一般按梁的最大剪力计算；S1为受拉翼缘对梁中和轴的毛截面面积矩；为计算截面的毛截面惯性矩；为系数；F为集中荷载；为集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度。
　　从设计上得知，侧梁不受集中荷载，故式(1)可以写成下式：
　　
　　（2）
　　由测算得知：
　　V：
　　
　　查表得：
　　 = 160 N／mm2
　　代入式(2)得：
　　 14.6 mm
　　即侧梁主角焊缝的焊角尺寸达到4.6 mm时就能满足承载要求。按公式(3)设计满足角焊缝的构造要求时当有：
　　（3）
　　式中：为焊脚尺寸；t为较厚焊件厚度。
　　从图l上可知t=60mm，代入式(3)得：
　　12.6 mm
　　由此可以认为，当侧梁主角焊缝的焊角尺寸12.6mm时，完全能够满足承载及构造要求，绝没有必要将腹板熔透后再堆焊=20mm的大焊缝。
　　此例说明，如果在焊接结构设计中，设计工程师对焊缝尺寸进行充足的计算，并对焊接和制造工艺方面的知识多一些了解，将会免去实际生产中的许多麻烦，从而有效地降低产品的加工和焊接成本。
　　二、焊接变形的控制与矫正
　　在该桥钢结构制作、安装过程中，根据原材钢板、杆件的实际情况，采取了不同的措施对加工变形进行控制。
　　1、钢板切割加工变形控制
　　由于切割过程是钢板局部受热过程，切割结束后造成钢板的局部变形。钢板厚度在10mm以上时，杆件制作下料采用数控机床下料，做到完整切割；钢板厚度在10mm以内切割时，在切割线上每隔1m留40mm不割，待全部切割完冷却后再切割余下的部分。如板从边缘开始号料，在边缘处需留10mm切割一次，使板材两边能够均受热以保证板材切割后的平直度。
　　2、上部杆件加工变形控制
　　斜杆焊接变形控制，斜杆长度在13m以上，钢板厚度5O～65mm，采用埋弧半自动焊焊接，焊缝金属量较大，焊接变形量大。每道焊缝焊接15～ 20遍，焊接时必须随时观察杆件的变形，随时调整焊接顺序，利用焊接工艺本身调整焊接变形，节约人力、物力。对杆件焊接完成后仍然存在局部变形时，采用火焰矫正方式进行调整，火焰矫正采用杆件横截面带状、三角形加热，控制火焰温度600～800℃。变形矫正时，应尽可能一次矫正到位，避免在同一位置重复进行火焰矫正。
　　上部杆件焊接时对杆件加设临时支撑，以减小焊接变形。在火焰矫正变形时应注意：将杆件处于自由状态，对它的约束力越小，矫正的难度就越小，效果越明显，杆件最好垫到支架上，采用角铁的尖角作支撑面，减小对杆件的摩擦力；火焰矫正采用三角形、线状、带状几种方式配合千斤顶等设备，根据杆件的受热面冷却后收缩的原理，对杆件相应位置进行火焰矫正。
　　3、拱肋钢管对接环缝焊接
　　（1） 拱肋钢管对接环缝采用背面带金属垫板的V形坡口，必须保证坡口组对质量：钝边=(5士1)mm，根部间隙0～1 mm。背面垫板应装焊严密牢靠。
　　（2）组对合格后，应严格清理坡口及其两侧15mm范围，并认真检查点焊质量，不合格焊点应用气刨或砂轮清除，重新点焊。
　　（3）E5015G为高韧性焊条，其操作工艺性能劣于普通E5015焊条。实践表明，最佳烘干条件为(250～300)℃ ×(2～3)h，然后以100℃左右恒温保存。
　　（4）为防止因焊缝两侧及垫板热循环过程不均衡，引起错边和背面垫板脱离母材，封底层应按图2所示进行分段跳焊。分段长度250mm左右，先封焊仰焊位，其它各层按分段退步法焊接，分段长度500 mm 左右，盖面层不分段。
　　（5）焊接时采用小规范、窄焊道、短弧操作，焊接规范见表2。
　　表2拱肋钢管对接环缝焊接规范
　　焊接层次 焊条直径（mm） 焊接电流（A） 电弧电压（V）
　　封底 3.2 90~110 21~23
　　其余 4.0 110~130 22~24
　　
　　三、焊接裂赦的防止措施
　　防止焊接裂纹是大厚度高强钢焊接的关键。因此在钢结构件制造过程中，应始终将防止焊接裂纹作为重要的技术问题来研究，并加以解决用于生产。例如：
　　（1）在研究焊接材料选用对，确定采用含有0.45%Mo的OKI 2.2O焊丝．使主要合金元素由焊丝过渡， 以避免焊缝上下各层合金成份的不均匀.采用合有0.77%Ni的SHJ507Ni焊条．确保焊缝金属既有高的强度， 又有较好的韧性。
　　（2）为防止氢致裂纹,我们严格控制焊条、焊剂的焙烘温度和保温措施，制订了焊接材料领用．发放制度，以尽量减少焊缝金属中的含氢量。对STE460钢连接的焊缝还采用焊后去氢处理。
　　
　　参考文献：
　　[1] 郭建文 钢结构桥梁焊接变形的控制与矫正.[J]天津建设科技 2008.12
　　[2] 刘恩国 焊接钢结构角焊缝尺寸的探讨.[J] 焊接 2005.12

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