淺談通過控制焊接應(yīng)力來減小蜂窩梁變形

摘要：蜂窩梁因為其剛度較大、用料節(jié)省、經(jīng)濟實用，廣泛地被設(shè)計單位和建設(shè)單位采用，對于施工單位如何制作出高質(zhì)量、低成本的蜂窩梁絎架，是施工單位需要研究的課題。一般正常方法制作蜂窩梁后全部出現(xiàn)切割變形和焊接變形的情況。本文從造成蜂窩梁變形的因素出發(fā)，分析得出控制焊接應(yīng)力是控制變形的關(guān)鍵。再針對蜂窩梁焊接變形的主要表現(xiàn)形式，采取措施減少、消除焊接應(yīng)力產(chǎn)生的變形。

關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力 蜂窩梁

蜂窩梁是在H型腹板上按一定的折線進行切割后變換位置重新焊接組合而成的新型梁。由于擴張后增大了截面慣性矩和抵抗矩，所以顯著提高了梁的剛度和強度，在梁本身自重減輕的情況下梁能承受更大的荷載，應(yīng)用于更大的跨度，節(jié)省鋼材、運輸安裝費用，有很可觀的經(jīng)濟價值，在民用、工業(yè)工程中都得到了廣泛的應(yīng)用。作為安裝工程中的主要構(gòu)件，“快、好、省”地完成蜂窩梁的制作安裝成了各個安裝公司的實施目標(biāo)，這給蜂窩梁制作安裝技術(shù)提出了高要求。質(zhì)量好是“快、好、省”的核心，而蜂窩梁的制作質(zhì)量是影響整個蜂窩梁制作安裝工程的關(guān)鍵。

在蜂窩梁制作過程中出現(xiàn)的最大問題就是變形，造成變形的因素有很多，H型鋼本身的質(zhì)量問題、運輸過程中造成的變形、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的變形等等。而焊接應(yīng)力造成的影響比較嚴重，焊接應(yīng)力對焊件有6個方面的影響：①焊接應(yīng)力將使靜載強度降低。②焊接應(yīng)力使焊件的剛度降低。③焊接應(yīng)力造成桿件的整體穩(wěn)定性降低。④焊接應(yīng)力的存在對焊件的加工精度有不同程度的影響。⑤焊接應(yīng)力隨時間發(fā)生一定的變化，焊件的尺寸也隨之變化。⑥焊接殘余應(yīng)力和載荷應(yīng)力一樣也能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂。處理變形問題需要費工、費時，處理不好直接影響下一步的安裝，可能造成返工。而作為施工現(xiàn)場質(zhì)量控制的重點就是預(yù)控、處理焊接應(yīng)力產(chǎn)生的變形等各種問題。

蜂窩梁制作過程中的焊接應(yīng)力，是構(gòu)件由于切割、焊接而產(chǎn)生的應(yīng)力。切割、焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。當(dāng)焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應(yīng)力和變形為瞬態(tài)焊接應(yīng)力和變形；焊接溫度場消失后的應(yīng)力和變形為殘余焊接應(yīng)力和變形。蜂窩梁焊接變形主要有6種形式：①縱向收縮變形：沿焊縫長度方向的收縮。由于蜂窩梁縱向焊縫長，這是蜂窩梁變形的主要原因。②橫向收縮變形：垂直于焊縫方向的橫向收縮。③撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下不對稱的收縮引起的彎曲變形。④錯邊變形：焊接邊緣在焊接過程中，因膨脹不一致而產(chǎn)生的厚度方向的錯邊。⑤扭曲變形：由于裝配不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒有規(guī)律所引起的變形。⑥角變形：繞焊縫軸線的角位移。

針對蜂窩梁焊接變形的主要具體表現(xiàn)形式，采取措施減少、消除焊接應(yīng)力產(chǎn)生的變形：①利用H型鋼的剛度來預(yù)先控制焊接應(yīng)力產(chǎn)生的變形。將H型鋼切割前沿長邊使用卡具兩邊同時與其它H型鋼長邊固定，形成整體。②切割時采用等離子切割設(shè)備，焊接時采用電弧焊。等離子切割熱變形小、幾乎沒有熱影響區(qū)，而且等離子切割的成本比氧乙炔火焰切割成本低很多、速度也比較快，但是等離子設(shè)備比較嬌氣，要及時維護、防止磕碰撞擊等。施工現(xiàn)場考慮進度，一般采用埋弧焊。埋弧焊雖然速度快，但很多是由于是間斷焊，速度有所降低，且由于線能量大，熱影響區(qū)也大，因此變形量大。而手工電弧焊熱影響區(qū)相對較小，且可以采用間斷焊等方法，焊接應(yīng)力控制比較靈活。最理想的焊接方法是CO2氣體保護焊，焊接變形小，速度快而且成本低。切割時的防變形控制措施如下圖示：

說明：a龍門卡板用厚度12-16的鋼板制作，用于將相鄰H型鋼的翼緣板緊固于一起。b H型鋼兩端頭必須有卡板龍門固定，中間1.5米-2米加設(shè)一個。c兩邊的H型鋼用于固定相鄰的已切割的半條的H型鋼，操作時不被切割。d H型鋼并排平鋪，幾根至幾十根均可。e作業(yè)人員在較大的平面上操作，安全、方便、效率高。f地面要求平整硬實。

焊接時的防變形措施如下圖示：

說明：a龍門卡板與切割時的卡板相同，可重復(fù)使用，設(shè)置方法也相同。b地面要求平整硬實。

③選擇合理的焊接順序。蜂窩梁構(gòu)件總的焊接順序為：

對于蜂窩梁來說，應(yīng)從中間同時向兩邊焊，使恢復(fù)由中間向外依次收縮，減少焊接應(yīng)力。同時結(jié)合間斷焊，減少焊縫與母材因受熱面的增加而產(chǎn)生塑性變形。

④使用角向磨光機開坡口。蜂窩梁組對后，在六邊形端面進行固定的點焊，點焊用手工電弧焊。這樣整個上表面沒有焊點，用￠150-￠180的角向磨光機在焊縫處打磨開坡口。用角向磨光機開坡口不僅質(zhì)量好而且速度快，因為H型鋼的腹板一般比較薄，實際操作過程中很難用等離子或者氧乙炔火焰開坡口，即便操作技能較高的操作者能開出坡口來其質(zhì)量也無法保證。這是一個比較現(xiàn)實又容易操作的方法。雖然用角向磨光機開坡口較為費工時，但其質(zhì)量好，為下一道程序焊接提供了有利的基礎(chǔ)和保障，其綜合成本還是較低的。正面焊接完成后，整體翻個面也用角向磨光機打磨坡口并清根。⑤如果焊接采用手工電弧焊要用小焊條低電流打底（3.2mm焊條），減小熱影響區(qū)，從而減小焊接應(yīng)力。焊接電流見下表：

⑥錘擊法。在焊后冷卻過程中用手錘或風(fēng)動錘敲擊焊縫金屬，促使焊縫金屬產(chǎn)生塑性變形，可抵消一定的焊縫收縮量，起到減小焊接應(yīng)力的作用。

用以上切割和焊接的方法進行操作，只要這幾個方面都做到了，就能夠保證制作出來的蜂窩梁不變形，可以直接進行整架蜂窩梁的組對，不需要再用矯直機調(diào)整。不僅保證了質(zhì)量更保證了進度和總體工期。

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