大型结构件

大型焊接件在实际生产中是指体积庞大、自身质量大、由结构钢焊接而成的零部件,随着机械工业的发展,大型结构件不仅在工业生产中被广泛应用,而且....
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大型焊接件在实际生产中是指体积庞大、自身质量大、由结构钢焊接而成的零部件,随着机械工业的发展,大型结构件不仅在工业生产中被广泛应用,而且对其尺寸精度和形位公差提出了更高的要求。本文从焊接变形产生的机理角度进行探索,提出了减少焊接变形的措施,并对焊后减少焊接应力、焊接变形矫正等方面提出有效的解决方法。


一、焊接变形产生的机理


众所周知,焊接过程是利用电弧热、物理热、化学热等热能将母材金属及焊材融化形成焊接熔池,熔池凝固从液相转变成固相的结晶过程,本质上是一个冶金过程。焊接凝固和铸造凝固虽然都经历结晶成核、长大的过程。但前者是非平衡凝固,后者是平衡凝固,二者有很大区别。


1、焊接熔池体积小,冷却速度快。其平均冷却速度高达100ºC/S,约为铸造的104倍。所以焊缝金属中极易形成气孔、裂纹、夹杂、偏析等缺陷。


2、熔池中的液态金属处于过热状态,熔池中心与边缘的液态金属温度梯度比铸造高103-104倍。


3、熔池在运动状态下结晶,结晶前沿随热源同步移动,结晶主轴逆散热方向并向热源中心生长,到焊缝中心区停止生长。此区是杂质易聚集区。


4、母材融合线上存在大量现成表面,在半融化晶粒上形核后外生长成联生结晶,表现出焊接熔池非均质形核的特点。





钢结构焊接对接焊优先准则:


焊缝形式多样,其中对接焊缝强度高,在载荷较大的情况下,特别在动载荷作用下优先采用,但不是在任何情况下下对接焊都优先,比如角焊缝虽然强度不及对接焊缝高,但它不需前处理,节省成本,在载荷不大时可优先采用。


焊接区柔性准则:


焊接过程中,焊接区受高温作用,构件产生热变形,两构件在这种状态下被连为一体,当焊接热量消逝时,由于引起的热变形因自由变形受到新的限制而不能完全消除,从而产生残余变形,引起内应力。消除这种内应力的常用方法是将焊接好的构件进行热处理。采用热处理工艺固然可有效地减低或消除内应力,提高焊接质量,但同时也提高了构件的制造成本,构件较大时,热处理还较困难。通过有目的的结构设计也可以减少内应力。


焊接区内应力产生的根本原因是结构自由变形受到一定的限制,焊接区周围的刚性越大,这种限制越大,因此在可能的情况下,应尽量减少焊接区周围构件的刚性,这样从根本上减少了内应力的产生。


焊接量少准则:


好的焊接结构是焊接量少的结构,应尽可能减少焊缝个数和焊接量。焊缝的机械性能原则上比之母材差,焊接量大,意味着过热影响区大,结构产生的内应力和热变形大,从而提高了热处理和结构校正的要求。


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