不等,而且节点复杂。焊接中主要难点是焊接裂纹问题,其次为层状撕裂等问题。
1.2.1. 焊接变形的控制
1)角变形控制
在焊接过程中,厚板对接焊后的变形主要是角变形。实践中为控制变形,往往先焊正面的一部分焊道,翻转工件,碳刨清根后焊反面的焊道,再翻转工件,这样如此往复,一般来说,每次翻身焊接三至五道后即可翻身,直至焊满正面的各道焊缝。同时在施焊时要随时进行观察其角变形情况,注意随时准备翻身焊接,以尽可能的减少焊接变形及焊缝内应力。另外,设置胎夹具,对构件进行约束来控制变形,此类方法一般适用于异形厚板结构,由于厚板异形结构造型奇特、断面、截面尺寸各异,在自由状态下,尺寸精度难以保证,这就需要根据构件的形状,制作胎模夹具,将构件处于固定的状态下进行装配、定位,焊接,进而来控制焊接变形。
2)采取合理的焊接顺序
选择与控制合理的焊接顺序,即是防止焊接应力的有效措施,亦是防止焊接变形的最有效的方法之一。根据不同的焊接方法,制定不同的焊接顺序,埋弧焊一般采用逆向法、退步法;CO2气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法;编制合理的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度”。
3)采用补偿加热法
补偿加热法实则亦是求得焊缝焊接时热量“对称、均匀”的辅助手段。当厚板结构整体焊接存在不对称时,极易造成构件扭曲、旁弯等变形,且难以进行矫正,采用补偿加热法对结构的整体焊接效果颇佳。
1.2.2. 焊接裂纹及防止措施
1)焊缝裂纹的形成
焊接裂纹是焊接构件施工过程中最为严重的缺陷,轻则返修,重则构件报废。焊接裂纹有焊缝或熔合线或热影响区裂纹,有表面或内部贯穿裂纹,有弧坑或焊址或焊缝根部裂纹,有层状撕裂等。
以焊缝冷却结晶时出现的时间阶段分,有热裂纹和冷裂纹或延迟裂纹。
A.热裂纹的成因
影响热裂纹形成的因素有:焊缝在冷却结晶过程中,由于快速冷却凝固收缩,晶粒截面间的液态金属补充不足,致使液态薄层开裂;母材热影响区和多层焊的根部焊缝易产生低熔点共晶物的熔解(即硫酸偏析),产生裂纹。
B.冷裂纹的成因
影响冷裂纹形成的因素有:焊接接头中金相组织的硬度、脆性较高;焊接接头中焊缝扩散氢的含量较高;焊接接头的拘束应力较大。
2)焊接裂纹的防止措施
A.控制焊材的化学成分
由于钢材化学成分已经选定,因此焊材选配时应选硫、磷含量低、锰含量高的焊材。使焊缝金属中的硫磷偏析减少,改善部分晶体形状,提高抗热裂性能。
B.控制焊接工艺参数、条件
控制焊接电流与速度,使每一焊道的焊缝成形系数达到1.1~1.2,减少在焊缝中心形成硫磷偏析,提高抗裂性能;避免采用小角度、窄间隙的焊缝坡口,致使焊缝成形系数过小;加强焊前预热,降低焊缝在冷却结晶过程中的冷却速度;采用合理的焊接顺序,使大多数焊缝在较小的拘束度下焊接,减少焊缝收缩拉力。
C.提高根部焊缝质量
焊缝根部焊接是厚板焊接的起始点;是保证焊缝质量的根基;亦是产生裂纹的敏感区,因此焊缝根部的焊接措施必须慎之又慎。加强焊缝坡口的清洁工作,清除一切有害物质;加强焊前预热温度的控制;焊前对坡口根部进行烘烤,去除一切水分、潮气,降低焊缝中氢含量。使用小直径手工焊条打底,确保根部焊透;控制焊层厚度,适当提高焊道成形系数;控制焊接速度,适当增加焊接热输入量。控制熔合比:在确保焊透的前提下,控制母材熔化金属在焊缝金属中的比例,减少母材中有害物质对焊缝性能的影响。根部焊材可选用低配:根据根部焊缝的施焊条件与要求,在保证焊缝力学性能的条件下,根部焊缝的焊材可选用韧性好,强度稍低的焊材施焊,以增加其抗裂性。严格控制线能量:根据本工程所用钢材特性,焊接线能量宜控制在2400~3000大卡以内,据此通过焊接电流,电压,速度三大参数的选配,保证焊层的厚度与焊料道的成形系数。
D.控制焊缝金属在800℃-500℃之间冷却速度(t8/5值)
厚板焊接存在的一个重要问题是焊接过程中,焊缝热影响区由于冷却速度较快,在结晶过程中最容易形成粗晶粒马氏体组织,从而使焊接时钢材变脆,产生冷裂纹的倾向增大。因此在厚板焊接过程中,一定要严格控制t8/5。即控制焊缝热影响区尤其是焊缝熔合线处,从800℃冷却到500℃的时间,即t8/5值。
t8/5过于短暂时,焊缝熔合线处硬度过高,易出现淬硬裂纹;t8/5过长,则熔合线处的临界转变温度会升高,降低冲击韧性值,对低合金钢,材质的组织发生变化。出现这两种情况,皆直接影向焊接结头的质量。
对于手工电弧焊,焊接速度的控制:在工艺上规定不同直径的焊条所焊接的长度,规定焊工按此执行,从而确保焊接速度,其它控制采用电焊机控制,从而达到控制焊接线能量的输入,达到控制厚板焊接质量之目的。当钢材、焊材选定,即碳当量CE已确定前提下,唯有控制t8/5速度方可降低焊缝中冷脆组织的出现。控制方法有焊前预热、适当增大焊接热输入、焊后后热和缓冷,都达到增大t8/5降低冷裂纹敏感性的效果。
E.焊后消氢处理:
焊后对焊缝进行消氢(H)处理,降低焊缝中H的含量,将对减少冷裂纹的发生起到很大的作用。焊后消氢处理应在焊缝完成后立即进行。消氢处理的加热温度应达到200~250℃,保温时间为1.5分/1mm~2.0分/1mm,且不小于1h,而后缓冷至常温。具体温度与保温时间应通过试验给予确定。
F.提高焊缝清根要求:
对采用双面坡口的全熔透焊缝,一面焊后,另一面清根结束必须达到下列要求:
坡口内表面应光顺、无凸变,根部应圆滑,R≥6mm;
坡口内表面应打磨,清除碳弧气泡时遗留下的全部碳(C)分子。
1.2.3. 防止厚板层状撕裂的工艺措施
1)原材料Z向性能的要求
根据层状撕裂经验公式计算层状撕裂危险性指数,若层状撕裂危险性指数计算结果介于10~20者,采用+Z15钢板,介于20~30者,采用+Z25钢板,若有更大风险,甚至考虑采用+Z35钢板。
2)焊接坡口减小,垫板间隙加大
在本程中,所选用的钢板材料大部分为Q345、Q345GJ,板材厚度高达100mm,如果按照常规焊接工艺方法进行制作, 坡口面宽,必然导致整体热输入量巨大,焊缝表面裂纹的倾向性增加,增大了层状撕裂危险性
3)焊材的选择(要保证—30℃以下的冲击韧性)
焊接材料的选择受许多因素的影响,概括起来主要有三个方面的因素,即焊接性、工艺性和经济性。
4)焊接工艺参数确定
A.预热温度确定
预热的目的是减小焊缝冷却速度,防止钢材在焊接时产生冷裂纹。预热温度并非越高越好,不适当地提高预热温度会降低焊缝的强度,同时还会增大熔合比,对焊缝产生不良影响。应该首先确定最低预热温度,实际的预热温度只要不低于最低预热温度即可。
B.后热温度确定
后热的目的是减少扩散氢,防止延迟开裂,即:在冷裂纹尚在潜伏期未起裂前实施的焊后加热。后热一方面可以减少扩散氢,另一方面也可以减少残余应力和改善接头组织
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