大型钢结构件制作中焊接变形控制技术.pdf

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1、钢结构焊接国际论坛IFWT2006大型钢结构件制作中焊接变形控制技术费新华高国兵（上海冠达尔钢结构有限公司上海201900）摘要：大型钢结构由于结构跨度长、截面大及钢板厚等特点，构件焊接后的焊接变形复杂且矫正困难，定量地对焊接变形进行计算分析并采用合理的焊接工艺和技术，有效地控制大型构件的焊接变形，是大型构件焊接加工成败的关键。关键词：大型构件焊接变形控制Abstract：Forlargescalesteelstructure,consideringitscharacteristicsoflongerinspanning,largerinsectionsize,a

2、ndthickerinplatethickness,etc,itwillbedifficultandcomplicatedinstraighteningtodistortionsfromstructuralwelding,so,itisakeytosuccessofstructuralweldingforlargescalesteelstructurebymeansofquantifiedcalculationsandanalysistoweldingdistortion,andadoptingrationalweldingprocessesandtechniqu

3、essoastoachieveaeffectivecontrolinweldingdistortion.Keywords:Largescalestructuralmember，Weldingdistortion，Control0前言构件的焊接变形源于构件或构件中的接头不均匀焊接受热。在大型钢结构中，焊接变形主要表现为焊接后引起构件的挠曲变形、角变形及构件尺寸收缩。若对焊接变形的认识不足或对焊接变形的考虑不周，轻者导致构件的尺寸超差，矫正工作量巨大；中者造成构件的解体和返修；严重的变形会直接引起构件的报废。焊接变形直接影响大型构件的制作质量，因此焊接变形的控制技术也

4、成为钢结构加工的关键技术。本文通过对几类典型构件降低焊接变形的实例，结合三种焊接变形计算经验公式，浅析焊接变形控制技术在大型钢结构焊接中的应用。1不对称构件挠曲变形控制对于大型不对称构件，焊接后构件的挠度变形控制极为关键，变形后的矫正极为复杂，焊接控制不当会给构件制作质量带来极大的困难。因此，在制定焊接工艺前，应精确计算构件的中性轴位置，并根据焊缝相对于中性轴的位置，确定焊缝焊接截面积及焊缝焊接顺序。构件焊接后引起挠度变形数值大小与构件的长度（L）、构件惯性矩大小（I）、焊缝截面积（A）大小及焊缝相对于中性轴的距离（Du）有关，计算公式见式（1）：20.005×A

5、××DuL∆=（1）I1422006钢结构焊接国际论坛论文集IFWT2006钢结构焊接国际论坛1.1焊缝平衡控制法在制的上海环球金融中心工程中采用了较多的三角形钢柱，三条焊缝的分布对任何三角形的中性轴都呈不对称分布，焊接后引起的任何方向挠曲变形矫正都非常困难。为此在焊接前应针对构件的尺寸，合理地分布焊缝的截面积并制定焊接顺序，确保焊接挠度变形控制在公差范围内，减少矫正工作量。图1为三角形钢柱的截面尺寸示意。图1三角形钢柱截面示意4该三角柱构件长度为10500mm，截面惯性矩Ix=1.4376×109mm，焊缝A1面积为22915.8mm，焊缝A2的截面积为1046

6、.7mm，焊缝A1、A2对Ix距离为Du1、Du2=109mm，按公式（1）计算，A1、A2焊接完成后将引起三角形构件下挠83mm。焊缝A3相对于Ix距离为Du3=139mm，为平衡构件的下挠变形并使构件的变形最小，焊缝2A3的截面积经公式（1）计算得1539mm。根据上述计算结果，制定焊接工艺顺序如下：1）三条焊缝采用CO2气体保护焊打底焊2道。2）采用埋弧焊焊接焊缝A3至焊脚尺寸25mm。3）采用埋弧焊同步焊接完成焊缝A1、A2。4）焊接A3至计算所得尺寸（图1中表示尺寸）。采用上述焊接工艺焊接工程中同类三角形钢柱50余根，构件的挠曲变形公差值基本控制在±3m

7、m范围，减少了变形矫正工作量，提高了生产效率和质量。1.2辅助矫正控制法浙江玉环电厂100万kW电站锅炉大板梁结构由图2所示的两个极不对称的工字形构件叠合而成，长度为42m，制作时上下各分三段，长度分别为16m、13m、13m，上下分段错开。由于构件严重不对称，若按普通的焊接工艺方法进行焊接，上下两个工字形构件挠曲变形方向相反，再加上叠合板的角变形火焰矫正引起的挠曲变形叠加，将使中间叠合板无法进行高强螺栓连接。对于单个工字形构件，构件截面特性及中性轴位置如图3所示。按一般BH进行焊接，焊接后挠曲变形计算如表1所示。2006钢结构焊接国际论坛论文集143钢结构焊接国

8、际论坛IF