搜索戲說焊接(7):焊接順序?qū)附幼冃斡杏绊懀?/h1>
2016-12-23 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
導(dǎo)讀
小花是某建筑施工單位焊接技工,他要在很短的時間內(nèi)焊完一副結(jié)構(gòu)件,要求控制好焊接變形,并且下一期的焊工培訓(xùn)由他開展,主要借助這副結(jié)構(gòu)件,講解焊接變形的知識。這下急的小花成了熱鍋上的螞蟻,為了快速完成這項任務(wù),并且對焊接變形有一個深入的了解,以便開展下一期的焊工培訓(xùn),小花想到了那位可親可愛又知識淵博的張博士。
小花
加了好幾個班,終于焊好了領(lǐng)導(dǎo)分配下來的重大結(jié)構(gòu)件,據(jù)說這副結(jié)構(gòu)件是拿來與別的單位參加焊接比拼大賽用的。
小花,你這副構(gòu)件,沒發(fā)現(xiàn)變形有些嚴重嗎?
領(lǐng)導(dǎo)
小花
以前就這樣焊的啊。
但這次是拿去比賽的,你看能不能想辦法,讓他的變形小一點呢,小花再加點班想想辦法吧,公司的榮譽就靠你了。
領(lǐng)導(dǎo)
這下可難倒了小花,小花知道變化焊接順序,可以改變焊接變形,但是時間緊迫啊,焊接順序有好多種,到底選擇哪一個種呢?為此,他想到了那位知識淵博的張博士,趕緊去請教他。
小花
張博士好,真心求救,一副焊接構(gòu)件的焊接變形如何控制到最小呢?以前在《焊接結(jié)構(gòu)》這本書上見過,合理的焊接順序和有效地工裝焊接夾具都可以減輕焊接變形,能詳細給我講解下嗎?
這本書是入門級別的書,只有明白了最深層次的原理,才會把焊接變形控制到最好。上面只淺顯地講了如何控制焊接變形,但是焊接變形如何發(fā)生的,你知道嗎?
Dr.張
小花
焊接各個部分受熱不均勻,導(dǎo)致熱脹冷縮的程度不一樣,因此產(chǎn)生了焊接變形。
那么焊接殘余應(yīng)力的知識你了解嗎?
Dr.張
小花
不太了解。那就請張博士以這個金屬框架為例,簡單的說明一下吧。上下是鋼性固定板,被焊在一起的三根棒子的中間部分是焊接部位,兩邊是母材。只有中間部分被高溫加熱,進行熱膨脹而伸長,而這種伸長趨勢受到兩側(cè)桿件的阻礙,不能自由地進行,因此中心桿件就受到壓縮,產(chǎn)生壓應(yīng)力,當溫度冷到室溫時,中間部位收縮變短,而這種收縮趨勢受到兩側(cè)桿件的阻礙,不能自由地進行,因此中心桿件就受到拉伸,產(chǎn)生拉應(yīng)力,我所了解的就只有這么多了。
實際上你剛才所提到的是焊接殘余應(yīng)力在焊接變形中所起到的作用。我這里有張關(guān)于焊接方向的殘余應(yīng)力引起縱向收縮示意圖,你來看一下,從圖上的等溫線可以看出中間部分受高溫加熱進行熱膨脹,而另外幾部分溫度變化小,對中間部分的熱膨脹有很強的限制作用,當溫度恢復(fù)到原始的均勻狀態(tài)后,就產(chǎn)生了殘余應(yīng)力,引起結(jié)構(gòu)件的縱向收縮。
Dr.張
小花
我們平時所見到的角變形也是這樣來的嗎?
角變形是縱向收縮變形引起來,再來看下面這張圖,這張圖是關(guān)于垂直于焊接方向的殘余應(yīng)力引起縱向收縮示意圖,這張圖分加熱過程和冷卻過程,在加熱過程中,中間部分溫度變化最大,兩邊母材溫度變化相對較小些,當冷卻時候,中間部分溫度梯度大,兩邊溫度梯度小,中間部分和兩邊部分的變形量差,便形成了角變形。
Dr.張
小花
這么一說,我明白怎么回事了。
大多數(shù)情況下,橫向變形的大小與焊接線能量和板厚有關(guān),隨著焊接線能量的提高,橫向收縮增加。隨著板厚增加,橫向收縮減少,看下面這個圖,你就會明白。
Dr.張
小花
明白了。焊接殘余應(yīng)力和焊接變形聯(lián)系非常緊密,焊接殘余應(yīng)力和周圍的拘束一起影響焊接變形。
看來你理解的非常深刻,焊接順序不同,所產(chǎn)生的拘束就不同,進而焊接變形也不一樣。采用工裝夾具是減小焊接變形的一個非常有效地方法。
Dr.張
小花
那怎樣選擇合適的焊接順序呢?
在簡單假設(shè)基礎(chǔ)上建立起來的一些焊接應(yīng)力變形理論已不能完滿解釋復(fù)雜現(xiàn)象和解決疑難問題,這時候有限元模擬法和電子計算機技術(shù)為解決復(fù)雜的焊接應(yīng)力變形問題提供了有力的工具,你對此有所了解嗎?
Dr.張
小花
我實在想象不到計算機能和焊接變形扯上關(guān)系啊。不過我知道計算機可以模擬汽車碰撞的過程,不知道和這個有沒有相似之處。
是的。用計算機使用有限元模擬法可以預(yù)測出焊接變形,由于時間關(guān)系,我不能給你詳細解釋了,在這里我給你舉一個簡單的例子進行說明。你過來看一下這個視頻。
Dr.張
小花
哇塞,好神奇啊!
這是應(yīng)用在建筑工程上的一個大型結(jié)構(gòu)件的焊接模擬效果圖,這個結(jié)構(gòu)件是由16塊板組成,這個項目就是在這個模擬效果基礎(chǔ)上選擇了合適的焊接順序。
Dr.張
小花
學(xué)習(xí)了啊,焊接模擬可以幫助選擇合理的焊接順序,這樣就可以改變焊接變形,我現(xiàn)在手頭有項焊接任務(wù),就需要借助這個模擬軟件來找出最佳的焊接順序,博士我把圖紙給您,您能幫我快速模擬一下嗎?
只是模擬,你就滿足了嗎?如果你按照模擬的順序焊接,一旦前面幾道出了意外,產(chǎn)生了焊接變形,那么下面的焊接就不可能按照設(shè)計圖完成。
Dr.張
小花
對啊,我怎么沒想到。有沒有什么辦法在焊接前用一些方法消除這種影響呢?
焊接模擬只是模擬了焊接順序,還不能完全解決施工問題,可以用反變形法,根據(jù)我上面講的理論,預(yù)測焊件施焊后可能產(chǎn)生變形的方向和大小,在焊接前應(yīng)使被焊件發(fā)生大小相同、方向相反的變形,以抵消或補償焊后發(fā)生的變形,以達到防止焊后變形的目的,具體的方法是用小的塞塊塞入。
Dr.張
小花
這個辦法我以前好像用過。
但是現(xiàn)場焊接中并不是任何場合都可以塞入塞塊的。包括前面我所說的模擬預(yù)測也是在沒有考慮現(xiàn)場影響的情況下進行的。所以要以現(xiàn)場施工為準,預(yù)測為輔。
Dr.張
小花
有些明白了,預(yù)測還要加上現(xiàn)場勘測,要小心使用模擬結(jié)果。
其實通過改變焊接順序來完全消除變形是不可能的。
Dr.張
小花
也就是說博士模擬出的結(jié)果肯定是有變形的,對嗎?
是的,另外你想想還有什么辦法可以預(yù)防這種變形?
Dr.張
小花
我們平時焊接中用到的點焊法是不是也是為了預(yù)防焊接變形啊?
非常好。看來你知道了原理,點焊法正是剛性固定法的一種,這和使用夾具的原理是一樣的。但是焊點要均勻,距離不能太遠,點焊要遵循先兩邊后中間的原則。
Dr.張
小花
明白了,今天收獲真是大啊,不但徹底搞懂了焊接變形的原理,還知道了一些方法,這下我可以回去給焊工們培訓(xùn)了,太謝謝博士了。
你把你的設(shè)計圖紙留下,我讓我的助理幫你快速預(yù)測一下,然后根據(jù)這個結(jié)果你再使用我教你的一些方法,這樣就能很好的控制好焊接變形了。
Dr.張
小花
太謝謝了,等以后有時間我也想學(xué)一下這個軟件。
可以的,控制好焊接變形的確很重要,否則變形嚴重很容易產(chǎn)生疲勞斷裂,下次有機會我把疲勞斷裂的知識跟你講一下。
Dr.張
轉(zhuǎn)自:焊接在線
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