大型钢结构厚板对接焊接变形试验研究

第30卷,第3期　　　　　　　　　中国铁道科学2009年5月　　　　　　　　　CHINARAILWAYSCIENCE

文章编号:100124632(2009)0320033207

Vol130No13　

May,2009　

大型钢结构厚板对接焊接变形试验研究

曾志斌,史志强,史永吉

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京　100081)

　　摘　要:,结合南京长江第三大桥钢塔的制造,,必须对厚板对接坡口尺寸进行优化,,,后焊小坡口侧,对于不同板厚应合理预设反变形;性增大;,;角变形随板厚的增加呈指数趋势减小。依据试验结果,、。　　关键词:;厚板对接焊;焊接变形;试验研究;预测　　中图分类号:TG457111　　文献标识码:A

　　近年来,我国在桥梁和高层建筑等基础设施的建设中广泛使用钢结构,而且随着冶金轧制技术和钢结构制造技术的快速发展,所使用的钢板也越来越厚。在钢结构制造过程中,如果焊接变形过大,将直接影响结构的受力和正常使用,采用火焰矫形不仅费时费力,增加制造成本,而且会进一步加大收缩变形,从而影响结构的精度,因此,焊接变形的预测和控制一直是学者和工程师们密切关注的问题[124]。国外学者通过理论推导和验证性试验,得到了许多计算焊接变形的经验公式;我国学者在借鉴国外经验的基础上,结合国内的试验结果,也提出了一些经验公式[5212]。但这些经验公式都是在实验室对窄板条小试件的焊接变形试验结果进行归纳整理后得出的,而且基本都是厚度不超过25mm的薄板,也没有考虑实际结构的自重等因素的影响[13]。近些年,国内外在焊接数值模拟技术方面取得了许多成果[1,3,12,14]。大型钢结构制造的焊接变形预测单纯依赖理论和数值模拟是远远不够的,还需要足尺模型和实际结构的焊接试验,文献[15]在这方面做了有益的尝试,但板厚也不超过16mm。厚板的焊接变形试验数据很少,许多钢结构制造厂家完全凭经验估计,缺乏系统的试验研究。

为了掌握厚板对接焊接变形的规律,制定合理的焊接工艺,控制焊接变形,减少火焰矫形工作

　收稿日期:2008201207;修订日期:2009203213

),男,湖北天门人,副研究员。　作者简介:曾志斌(1969—

量,结合南京长江第三大桥钢塔节段制造工程实际,进行大型钢结构厚板对接焊接变形的试验研

究。

1　对接焊接变形的主要类型、影响因

素和经验公式

　　钢结构焊接时一般采用集中热源在局部加热,因此在焊件上产生不均匀温度场。非线性分布的不均匀温度场使材料不均匀膨胀,处于高温区域的材料在加热过程中的膨胀量大,但受到周围较低温度和材料膨胀量较小的限制而不能自由膨胀,于是焊件中出现内应力,使高温区的材料受到挤压,产生局部压缩塑性变形。在冷却过程中,已经承受压缩塑性应变的材料由于不能自由收缩而受到拉伸,于是在焊件中又出现1个与焊接加热时方向相反的内应力场,从而使焊件产生拉伸塑性变形。在焊接完成并冷却至室温后,压缩和拉伸塑性变形残留于焊件上,此即为焊接变形。

大型钢结构厚板对接焊接残余变形分为板面内变形和板面外变形。板面内变形又分为纵向和横向变形,板面外变形又分为弯曲变形和角变形,如图1所示。

影响对接焊接变形的主要因素有焊接方法、接头形式、焊接顺序和拘束度以及焊接条件[16]。

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