科技论坛 箱形梁焊接过程中焊接变形的控制 刘永军 【南京旭光建设监理有限公司。江苏南京２１００１９） 【摘要】近些年来，我国的工业事业迅速的发展着，随着科 这种方法会将融化的金属在冷却的过程中的热收缩假定为焊接 技水平的不断提升，箱型粱的焊接结构也被广泛的应用到了各个工 变形的主要因素，然后再根据这个通过数值模拟或者是实验来确定 程结构的领域当中。它和其它的焊接结构一样，因为在焊接的过程 接头和焊缝垂直接触部位发生熔化的界面面积。然后，再在有限元 中会伴随着急剧的非平衡加热和冷却，所以在箱型梁的焊接过程中 的模型当中把这一部分一次性施加九百度的温度，模拟其冷却的过 就会不可避免的出现一些焊接变形。焊接变形对于结构设计的完整 程，最后得到变形量 。 ． 性以及结构使用的可靠性都有着十分巨大的影响，它是影响焊接制 ２．４固有应变法 ． 造工艺合理性的最关键原因。然而，一旦焊接后出现了变形就需要 其实，这个概念是日本的学者提出来的，所谓固有应变就是说， 对其进行必要的矫正，而现行的矫正设备并不完善，只能依靠火焰 当表征材料切离于应力的状态以后处于自由状态的时候，相比基准 进行多次矫正。然而这样做却并不经济，而且还可能会卤为矫正失 状态所发生的应变。而焊接问题所固有的应变就是相变应变、塑性 败而造成箱型梁的损耗。所以，笔者今天将在这里针对箱型梁焊接 应变以及温度应变三者的综合。当焊接的构件在经过了一次焊接热 过程中焊接变形控制方面的相关问题进行简要地探讨，希望所得的 循环之后，它的温度会迅速的回归到零度，那么其固有应变也就是 结果可以引起大家的关注与重视。 相变应变参与和塑性应变之和。 【关键词】箱型粱；焊接过程；焊接变形 ２．５热弹塑性有限元法 可以说，到目前为止这是预测箱型梁焊接变形最重要的也是适 引言 应性最好的方法。但是，使用这种方法的时候需要进行特别复杂的 在目前来说，焊接是一种制造复杂结构的过程当中一种最基础 计算，而且对于在焊接过程中钢架结构的整体力学行为也需要进行 的加工方法，全世界最主要的工业国家平均每年所生产的焊接结构 模拟，还要对多种因素的影响规律做出必要的研究。 几乎占据了钢产量的百分之五十左右，而焊接结构的应用也覆盖了 ３焊接变形的控制措施 越来越多的领域。在焊接结构当中，箱型梁的结构焊接是一个十分 笔者将对焊接变形的控制措施分为两种，一种是设计措施，一 重要的焊接结构，特别是在现如今这个科技高速发展的社会，其应 种是工艺措施。 用领域更是覆盖了生活的各个方面，而其又因为自身特点的原因， ３．１设计措施 导致其在焊接过程中相当容易变形，所以，对箱型梁的焊接变形规 在这里有三点要求：（１）对焊缝的尺寸以及形式选择要合理， 律进行科学定量的分析和预测，并且在这一基础上进行最优的控制 焊缝的尺寸会直接的影响到焊接的工作量以及焊接变形的程度，一 是十分必要的。它不单单对箱形梁焊接结构自身有直接的意义，而 般来说，我们在设计的时候需要采用比较小的焊缝尺寸；（２）将不 且对于其他结构的焊接也有着十分重要的参考价值。 必要的焊缝减到最小，在对焊缝结构进行设计的时候，需要对筋板 １箱形梁的结构和特点 的形状进行合理的选择，而且对于其位置的安排也需要做到合理， 一般情况下来说，箱形梁主要是通过盖板、腹板、底板还有隔 只有将焊缝减少，才能够减少焊接的变形；（３）对焊缝的位置进行 板所组成的，其截面的形状和我们通常所见到的箱子的截面形状是 合理的安排。 ’ 一样的，所以我们都称之为箱形梁。箱形粱具有优越的力学性能， ３．２工艺措施 而且这种断面结构还经济实用，所以，在当今社会，其应用比较广 工艺措施方面，笔者也有三方面的建议：（１）预防措施，这是 泛，尤其是应用到了大型的承重结构之上，比如大型吊机、起重机 在焊接进行之前需要做的，所采用的方法除了以上我们所介绍的预 以及船业设备等等…。 测方法以外，还可以采用预变形法、钢性固定组装法以及预拉伸法 箱形梁的承载量比较大，而且它还能够承受动载荷。因此，对 等；（２）对焊接的过程进行控制，一般采取合理的焊接方法和合理 焊接的质量要求比较严格，一般来说，我们需要对其四条主焊缝进 规范的焊接参数，而且焊接顺序和流程也务必有序；（３）焊后矫正， 行百分之百超声波的一级探伤。对于像是大型的吊机、起重机以及 当箱型梁焊接完成以后，就只能够通过被动的矫正措施来消除已经 船业设备等来说，其箱形梁所连接的部位比较多，制作的精度比较 发生了的变形，其矫正方法一般分为机械矫正和热矫正两种 。 高，外形的尺寸比较大，所以它一般都具有比较高标准的要求，而 ４结语 这也是箱形梁和其他刚接结构焊接方式相区别的地方。 在钢结构制造当中，对箱型梁的焊接是最为常见的结构形式。 ２焊接变形的预测方法 虽然其外形很简单，形状看起来也是方方正正的，但正是因为这个 ２．１解析法 原因，它对焊接后变形的控制要求的更为严格。所以，我们需要对 解析法的理论基础是结构力学理论、热传导理论、弯曲理论以 箱形梁在焊接过程中出现的一些变形的因素进行相关的分析和研 及残余塑变理论等，根据这些理论基础，解析法可以确定一些简单 究，并采取一些有效的修复措施，以此来对箱形梁在焊接的过程中 的箱形梁焊接变形。而且，这种方法仅仅适用于简单构件，而较为 所发生的焊接变形进行控制，从而使箱形梁的焊接更为牢固可靠， 复杂的构件解析法就很难适用了。 也使箱形梁在更为广泛的领域内得到更为广泛的应用，从而更好地 ２．２焊缝收缩力法 服务于人类，创造出更多的价值。 在焊接的过程当中，焊缝以及焊缝周围金属会因为高温的作用 参考文献： 而产生压缩性变形，这就相当是一个外加压力对其作用，从而使其 …周宏，罗宇，蒋志勇，马坤明．大型船舶结构焊接变形固有应变法预测 缩短或者是变弯，我们可以把这种压力称之为焊缝收缩力，焊缝收 研究卟江苏科技大学学报（自然科学版），２０１０（０２）． 缩力与其本身的结构、焊接的方法、焊接的顺序、焊接的参数还有 【２］张伟，尹勇，曲晓明，陈志超，衣福生．转栽机槽体的焊接变形控制Ⅱ］． 材料的热物理参数等都有着十分大的关系，这种方法需要依据经验 金属ｈ．ｒ－（热加工），２ｏｌｏ（ｏ２）． 公式来将焊缝的收缩力计算出来。 【３］方大东，陈策．润扬长江公路大桥斜拉桥钢箱梁制造的关键技术及 ２．３线弹性体积收缩法 质量控制［１］．铁道标准设计，２０１３（０３）． ２０１３．１０ ｌ ４４７