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钢材受热变形的原因和防变形措施

钢材焊接后都要产生变形,其原因及防止措施概括如下。

一、受热变形的原因

1、胀缩应力

焊接时,焊缝及热影响区受热而膨胀,但由于受到周围金属的阻碍而不能自由膨胀,此时产生压应力;冷却时,焊缝及热影响区要收缩,但又受到周围金属刚性的牵扯而不能自由收缩,而产生拉应力,由于以上所述两种应力的存在使焊件产生了变形。

2、金相组织的转变

焊接后,焊缝及热影响区的金属,由珠光体转变为奥氏体,在连续冷却时,奥氏体是在一温度范围内进行转变,因此往往得到混合式组织,如珠光体加索氏体,索氏体加屈氏体,屈氏体加马氏体等。随着温度的降低,转变产物的硬度随之提高,延伸率和断面收缩率也随之增大,因此产生了收缩,焊件发生变形。

二、防变形措施

铆工在实际工作中,取得了许多丰富的经验,有效地防止了焊件的变形,概括起来大致有:反变形法、对称受热法、加大断面法、自由胀缩法、热量集中法和缩小温差法等。下面分别叙述之。

1、反变形法

将焊件向将要变形的反方向摆放或变形,焊接后与预先的反变形相抵消,而使焊件达到设计的平整度。

(1)反变形值常用反变形的构件有组对H钢的翼板和对接板等,基本的依据可参考下表。

手弧焊时的反变形值

简图

板厚t

板宽b

10

12

14

16

18

20

24

30

36

40

100

2.5

1.95

1.6

1.35

1.19

0.9

0.9

0.6

0.6

0.53

200

5

3.9

3.2

2.7

2.38

2.1

1.79

1.4

1.2

1.06

400

10

7.8

6.38

5.4

4.75

4.2

3.58

2.8

2.3

2.13

1000

25

19.5

16

13.5

11.9

10.5

9

7

6

5.3

这是因为,焊接后的变形量与很多因素有关,如材质、焊接方式、焊接电流大小、焊接速度、冷却速度、腹板和翼板的板厚比和设计要求的焊角高度等,故除参考此表外,还应选一试件试验后方可决定实际的变形量为最合适。

(2)反变形方法

①胎具和方法对于H钢翼板的反变形,如图1和图2所示。

图1.反变形板的立式压制胎具和方法

1-压力机底座;2-滑道;3-连接板;4-压紧螺栓;5-限位角钢;6-被压板料;7-压力机顶头;8-限变形量下垫板(t=6);9-样板;10-H钢

图2.反变形板的卧式压制胎具和方法

1-上胎;2-被变形板;3-下胎;4-托辊

分别为在立式压力机和卧式压力机进行反变形的胎具和方法,下面仅以图1在立式压力机进行反变形为例讲述。

②反变形量的确定除参考上表外,还应选一试件焊接后再确定,如本例,焊脚高度设计要求为12mm,焊三遍,查表反变形量为3.75mm,经埋弧自动焊试验后为6mm。应以试验数据为准。

③样板的作法如图1所示,样板宽度与翼板等宽,并中心线处切出一缺口,以检验所压的线是否在板的中心。

④胎具的制作用角钢5的目的,立面作为横向限位铁,平面作为压下量的限位铁,其厚度等于反变形量6mm;下垫板8与角钢5的平面配合使用起到限制压下量的作用。在吊车的配合下,随时用样板检查,适当调整压力机的压力便可得到设计的反变形程度。

⑤对接板的搁置反变形如图3所示,为对焊一底板采用反变形方法示意图,此法的关键是确定限位铁的厚度,可根据经验参考上表(手弧焊时的反变形值)确定。

图3.对接板的搁置反变形

2、对称受热法

任何型式的钢结构,焊接时要对称受热才能改善防变形效果。图4和图5所示为不对称受热引起变形的实例。

图4.气割不对称变形实例

图5.电焊不对称变形实例

图4为从一大板上切下的长条板,一边为原始边,一边为气割边,割后向气割边弯曲了30mm;图5为拼接法兰盘,由于焊工误操作不对称焊接而引起较大变形。根据这些经验,焊接一切结构时都应接受此经验行事。图6所示为圆筒体对称施焊防弯曲的方法;图7所示为贮罐底板由内向外对称分段退焊法防变形方法。

图6.圆筒体对称施焊防弯曲

图7.贮罐底板对称退焊法防变形

3、加大断面法

人人皆知,厚板变形小,薄板变形大,这是什么原因呢?归根结底一句话就是刚性问题,厚板的断面大,所以刚性就大;薄板的断面小,所以刚性就小。

如图8所示,为冷加工加大断面防变形实例,从图中可看出,原始的板或筒体断面较小,经加工后断面增大,故加工后的刚性要比加工前的刚性大得多,使用时变形就小。

图8.冷加工加大断面防变形实例

如图9所示,为热加工加大断面防变形实例,从图中可看出,原始的底板或筒体或法兰,其断面较小,经增加型钢或夹具后其断面加大,故后者比前者的刚性大,变形小。图10所示也是热加工加大断面防变形实例。

图9.热加工加大断面防变形实例

图10.热加工加大断面防变形实例

4、自由胀缩法

前面已经说过,构件产生变形的一个重要原因是不能自由胀缩而产生应力,根据这一原理,如

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