钢箱梁焊接变形控制措施

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钢箱梁焊接变形控制措施1.1焊接变形试验焊接变形的影响因素很多，如板厚、焊缝长度、焊接类型、焊缝截面积、焊接线能量，约束条件等。为确保能准确控制焊接变形，施工前应对焊接变形进行试验，具体方法是：焊接时对环缝焊前（打点距离300mm）和焊后进行跟踪量测，确定在各部位、缝宽、板厚、气温条件下的相对收缩量，建立一定的数量关系，并据此采取措施控制焊接变形。1.2焊接变形控制技术1）、下料下料前用平板机将板料进行平整，确保板料平整度符合规范和设计要求。下料时采用无余量法控制尺寸，既是将焊接变形数量考虑到板块尺寸中，下料尺寸适当加大，使板材焊接后的尺寸最终符合设计要求尺寸。2）、装配及固定加强对下料和组装人员的技能培训，确保下料和装配精度，避免因操作人员技能所导致的装配错边。采取工装对组装完毕的梁体加以固定后施焊，防止施焊过程中产生的角变形，同时减少挠曲变形、扭曲变形。3）、正确选择工艺方法及工艺参数，严格控制线能量

1施工前对材料及构件进行焊接变形试验，就是对焊件在焊前（打点距离300mm）和焊后进行跟踪量测，确定在各部位、缝宽、板厚、气温条件下的相对收缩量及角变形量，并据此采取措施控制变形。钢板焊接变形还要考虑节段拼装过程中产生的变形以及在构件施工过程中产生的变形。焊接变形量可通过经验公式进行估算，但要经过试验来确定具体数值。 计算弧焊的热输入量，可以采用以下的公式：式中Q为热输入量（kJ/mm），V为电压（V），I为电流（A），S为焊接速度（mm/min）。Efficiency（效率）的取值取决于所采用的焊接工艺：手工电弧焊为0.75，气体金属电弧焊和埋弧焊为0.9。根据焊接工艺，可知CO2气体保护焊能量最少，埋弧焊次之，手工电弧焊最大，应尽量采用CO2保护焊接，减少焊接变形。板料的开坡口不宜过大，坡口坡度宜为45°~55°，组件缝隙宜为5~7mm。为控制焊接能量输入量，不宜采用割炬切割方法开坡口，宜采机械冷加工方法打坡口。采用单面焊双面成型。对各种形式的焊缝，如顶板、底板、腹板板单元的纵向对接焊缝、环形焊缝、横隔板对接焊缝等采用陶瓷衬垫单面焊双面成型技术。

2采用自动埋弧焊时，应采用多层多道施焊，根据板厚来确定，一般底板（14mm）或顶板焊接分4层（4~5道）进行，使用直径小的焊条，一般选择4mm焊条，可大大降低焊接残能量，埋弧焊线能量始终控制在28~33KJ/cm，可有效防止变形。板材焊缝横向一般收缩为1mm，沿纵向收缩量为0.6mm/m（板厚在12cm以上）。板单元（长10米）的焊缝纵向收缩情况一般在4~6mm。另外，在对板单元纵向面外弯曲进行火焰矫形时，面板纵向还要收缩约1.5mm，加上切割坡口及其他矫形过程中的收缩量约0.5mm，共2mm。板单元的横向收缩情况是，正交异性板单元的焊接横向总收缩量约为0.5~1.2mm，一般不超过1.5mm。4）、选择合理的施焊顺序和方向焊接顺序对焊接变形有一定影响，焊接顺序应遵循先约束大后约束小部位，焊接方向一致、多层同顺序、两侧交替焊接、对称施焊等原则进行选择。（1）在板单元组合焊接时，要从中心向两侧进行对称焊接，分层焊接时要从同一方向焊接；（2）顶、底板纵向对接采用同时同方向焊接或中间向两侧同时反向焊接，以减小焊接变形并保证焊接变形的一致性。

3（3）在箱形总拼时先横隔板与底板、斜底板的角焊缝或熔透角接焊缝，再焊焊横隔板立位对接，最后焊横隔板的仰横位对接。（4）环缝焊接时，要先从中心向两侧焊接，先焊接底板顶板，最后焊接悬挑梁，顶板和底板尽量同时进行焊接，以减少收缩变形。（5）纵向对接焊缝从一端向另一端焊接，要分层分道焊接，层间温度符合工艺要求。5）、无马板组焊技术。尽量采用无码焊接技术，可有效控制焊接变形，无码焊接工艺是：使用磁吸码，用磁力把钢板固定于胎架上，不至损伤钢板，也避免了繁杂的修补工作。以压代拉，在平台或胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形。先装构架后焊板缝，确实需要在胎架上焊接的板缝，也要改变传统的先焊板缝后装构架的做法，采用拼板后先进行构架安装，装好构架后一起烧焊，利用构架来限制板的焊接变形。6）、U形肋与顶板坡口角接焊缝变形控制本桥箱梁U形肋板与顶板焊缝为8mm，要求焊缝有效厚度≥0.85倍的U形加劲肋的板厚，且不允许烧穿，并对焊缝进行超声波探伤检测。焊接以及焊接变形控制难度较大，经综合分析，对U形肋与顶板的坡口（图6-1）,角焊缝定位焊采用实芯焊丝（φ1.0）CO2气体保护半自动焊焊接，正式焊接采用药芯焊丝（φ1.2）CO2气体保护自动焊焊接，

4分3道施焊，焊接电流控制在120~130A，电压控制在28V，焊接速度控制在0.5m/min,焊丝对正位置按照图6-2图6-1U形肋与顶、底板的坡口图6-2焊丝对正位置正交异性板单元U型肋焊接时会在焊缝处产生角变形，变形后的截面情况如图6-3所示，为了有效地采用反变形焊接工艺控制角变形，必须准确了解角变形量θ的大小。图6-3顶板变形图因此应进行焊接变形试验，测量顶板和底板焊接后的变形弧度曲线，计算各焊缝在焊接期间发生的角变形量θ。再根据测量结果，推导焊接变形公式。角变形量θ与焊接线能量E成正比，与板单元的面板厚度t成反比，根据公式

5，可推得正交异性板单元U型肋坡口角焊缝焊接角变形量初步确定了顶、底板预加的反向角变形量。为保证焊缝有效厚度达到设计要求、控制焊接变形，根据弯曲变形结果，制作如图6-4所示的焊接反变形胎架，使工件在近似船形位置的拘束状态下焊接。整个板块采用同方向施焊，并采用合适的焊枪角度及焊丝送进位置以保证坡口根部熔合良好，保证焊缝表面成型质量。

6图6-4焊接反变形胎架U型肋嵌补段焊接，如两端同时焊接很容易造成一端因收缩而开裂，解决的办法是先焊接一端定位焊，在焊接另一端，采用CO2气体保护焊分4道焊接，尽量减少焊接能量输入，焊接前进行预热50~100℃，焊接后保持温度150℃~250℃。7）、顶、底板的对接焊接与收缩变形控制

7顶、底板的对接采用实心焊丝CO2气体保护焊打底，埋弧自动焊填充盖面的单面焊双面成型技术。在打底焊道中，过马板处容易出现根部缩孔、弧坑裂纹、反面成型不好以及间隙不匀所引起的焊缝根部熔合不良等问题。在生产过程中通过严格限制打底焊道工艺参数、熄弧处加快接头速度或回焊20mm以上、针对过大或过小的焊接间隙采用向前推或拉的运条方式解决根部熔合不良的问题；并要求焊接完第一道埋弧自动焊后再去除衬垫，让受热下坠的焊缝金属有所依托，避免了由于打底焊道较薄，焊缝受热后易下坠而导致反面余高过高等外观问题；马板在第一道打底焊道焊接完成并等焊缝温度降低之后拆除，以减小焊接变形。对接焊缝间隙控制在4～7mm之间，通过前期生产实测收缩值,使焊接收缩以及变形处于受控状态，从而保证焊接质量和整体制造精度。8）、横隔板对接焊缝的焊接与变形控制横隔板采用整体隔板形式，横隔板在长度方向采用立位对接，宽度方向不同于以前的搭接接头形式，采用仰横位对接，其接头形式见图6-5。图6-5横隔板接头形式立位和仰横位对接横隔板板厚为12mm的，采用单面焊双面成型，背面贴圆弧槽陶质衬垫。厚度为16mm的，立位对接采用双面V形坡口进行焊接。横位对接16mm厚板采用不对称K型坡口，先焊接大坡口侧，再反面清根焊接小坡口侧，保证熔透。9）、其它焊缝的焊接

8其余坡口角接、熔透角接以及对接焊缝的焊接除通过采用小的焊接线能量、两侧交替焊接、对称施焊、预留焊接变形量等措施来控制焊接变形外，还采用了下述措施：钢箱梁总拼现场焊接严格按照焊接顺序进行焊接，使焊接收缩量及焊接变形处于受控状态。焊接过程中严格执行焊接工艺参数，焊接材料的保管及使用严格执行要求。培训焊工在室外作业的防风、防雨、除污、除锈、除湿、定位焊质量等意识。10）、采用焊接预热和后热工艺，可减少收缩应力和焊接残余应力，能有效减少焊接变形。焊接前，应采用氧气-乙炔加热方式预热，预热温度为150~250℃，预热范围为焊口两侧150~200mm。箱梁采用单一高温回火的焊接工艺，使用履带式红外线加热器机械加热和保温，加热范围以焊口中心为基准，每侧不小于焊缝宽度的3倍。11）、加强对焊接变形的观测，积累数据，建立焊接变形与焊接工艺、原材料、施工环境的数学模型，以用来预测以后焊接施工变形量，不断提高精度控制水平。