钢结构钢管法兰焊接变形的控制技术.docx

钢结构钢管法兰焊接变形的掌握技术1 概述近些年来，钢结构进展很快，钢结构的产量不断增加，应用范围不断扩大。据统 计，钢结构量有800多万吨到900多万吨。现在，处处可以看到钢结构。我国大 型项目、重点项目都采纳钢结构。比如奥运场馆，上部大部分采纳钢结构，大跨 度的空间结构。还有一些公共建筑，比如，体育馆、火车站、剧院、飞机场等， 许多采纳钢结构。钢结构技术不断改进。由于以前钢材使用受限制，建筑采纳传 统的模式，而现在消失了钢管、圆管、钢构混凝土等，要求结构的节点也随之变 化，管管相接。材料上，有高强度的钢，厚板钢材、玻璃，不锈钢，钛合金。施 工上也有新的工艺。在输电线路中的钢管杆塔是无法采纳型钢如角钢、槽钢，下 料打孔然后螺栓联接，而是厚度大于8mm的Q235与Q345的钢板卷成为直径大 于2991800的圆管对其进行纵缝焊接。由于圆管的长度均在10m左右，纵向 焊缝及管体的椭圆度无法进行整体订正，而纵缝焊接往往采纳埋弧焊双面焊或混 合气体爱护焊打底、埋弧焊填充工艺，而一般的制造厂只能对制管后的管端做少 量的整圆处理。由此为管端端口与将来的法兰角度流下了不行避开的偏差，即对 接间隙不均和焊接变形的尺寸无法掌握的隐患。大型法兰均由机械加工而成形， 法兰的厚度一般为圆管壁厚的2倍以上，法兰的圆弧上钻有直径2045mm高强 螺栓孔1050个作为将来杆塔联接时使用。法兰与主管联接全部采纳混合气体爱 护焊进行，焊接接头的形式为角接全焊透，这些的角焊缝的接头形式焊接变形最 大，是由于单向焊接造成单向自由膨胀，冷却时收缩不到位。这种形式我分析认 为：焊后的变形大是由于接头形式的形态不会在收缩时产生强大的拉伸应力，而 且极缩也是自由的，仅仅凭收缩的量无法返回到焊接前的尺寸，它们之间的差值 形成了焊后永久变形的尺寸。而在钢管杆制造技术条件有规定法兰联接的局部间 隙小于或等于3.0mm,且法兰的变形应掌握在1.5mm范围内，见图1.2焊接变形产生的缘由只要是熔化焊接就不行避开产生焊接应力和变形。2焊接的温度场由于焊接热源的作用，在焊接件和法兰产生不同的温度，并且焊接方法、焊接参 数、焊接位置、焊接形式、对口间隙和焊层的厚薄等条件不同，将有不同的温度 场。对于Q345钢且16Mn钢系列来说，达到600c以上口寸，材料处于塑性状态, 因此600C以上等温线内就是该钢种受热产生塑性变形的范围，这个区域的大小 与冷却后的变形关系，见图2.2.2 焊件上各点的温度不同离焊缝的中心距离不同且各点的温度不同，并且差别大。熔池中的金属处于液体 状态，温度在材料的熔点以上，越靠近熔池温度越高。Q345钢在60。以上时 失去了弹性，该区为塑性变形区，而离开焊缝45mm左右的区域为热塑性区，且 半塑性状态到达约90mm为弹性状态。2.3 钢管和法兰的加热和冷却是不匀称的在同一瞬时，焊件上各点的温度是不相同的，而各点的升温柔降温的趋势也不相同。当靠近法兰区处于降温时，而距焊缝较远处钢管却处于升温的过程，也就是 说焊件上各点到达最高温度的时间是不同的。2.4 焊件上的温度变化是动态的焊接时钢管与法兰上的焊接热源是移动的，而移动的速度和间隙的大小、坡口角 度及填充金属量的大小有亲密关系。由于钢管的制作误差，造成焊接热源停留时 间的长短，这一动态的变化是造成焊件永久变形的缘由之一。3焊接变形的影响因素采纳不同的焊接方法所产生的焊接变形是不同的，其中气体爱护焊的方法是 变形量较小的一种焊接方法。3.1 焊接位置、尺寸和填充量坡口形式、对口尺寸、单层焊及多曾焊、填充金属量的多少将直接影响焊接变形 的大小。3.2 焊接参数及施焊方法焊接电流、电压、焊接速度参数不同以及采纳的直道焊、跳焊、逆向分段焊对变 形有影响。3.3 装配及焊接挨次的影响不同的装配方法和焊接挨次将对焊接变形产生较大的影响。采纳胎卡具和拘束度 将直接影响变形值。而法兰与钢管焊接重点将采纳焊接挨次来防止变形量。4防止变形的掌握技术依据上述影响焊接变形的因素，我将实行下述措施来掌握焊接变形。4.14.24.34.4在设计上尽量削减焊缝的数量，削减角焊缝的焊角尺寸。采纳填充量少的坡口形式，见图3.采纳合理的焊接挨次，见图4.第一层施焊后，清理后在局部区间加热，造成反变形，且使它产生相反的伸 长和变形，见图5.4.5 刚性固定预先在法兰上增加刚性大的法兰用螺栓多点对称固定，待冷却后松 开，见图6.4.6 加热变形区使之造成反向变形符合尺寸要求，见图7.4.7 在法兰圈内预置反变形量，使之焊后基本均衡，见图8.说明：图3为坡口形式，图4为焊接挨次，图5为焊前局部区域加热，图6为刚性固定，图7为加热及反变形，图8为法兰圈预置变形。5结论熔焊时将产生焊接应力与焊接变形。5.1 法兰与钢管角接首先应考虑焊接变形，应力是其次。5.2 合理的坡口形式、掌握焊接线能量、反变形、刚性固定和火焰订正、在法兰 上预置反变形量及设计合理的焊接挨次是掌握焊接变形的有效方法。5.3 全焊透、无支撑钢管与法兰角接焊缝只要措施得当，其变形的尺寸可掌握在 合格标准范围内，杆塔的受力、稳定性等指标均可达到设计要求。