CN109967974A - 一种降低钢结构制品焊接应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低钢结构制品焊接应力的方法，包括以下步骤：先将钢结构制品在程控升温并恒温保温，再降温至焊接何时温度；趁热进行焊接，控制焊缝、焊道的数目；焊好后降至低温进行保温冷藏；再次将其升温至高温，恒温一段时间再降温至室温；升温和恒温时均采用振动时效装置进行振动处理；最后对钢结构进行抛磨，并在打磨区涂抹防水油脂，本发明将钢结构制品进行预热、焊接、降温、退火和振动等消除焊接应力的方法进行综合除焊接应力，将焊接应力降低了90％以上，避免焊接应力对钢结构的破坏，从而提高钢结构制品的强度、刚度和硬度，保证了钢结构制品在使用时的安全性，大大降低了焊接应力危害、降低了结构变形量，从而提高了钢结构稳定性。

Description

一种降低钢结构制品焊接应力的方法
技术领域
本发明涉及钢结构焊接技术领域，具体涉及一种降低钢结构制品焊接应力的方法。
背景技术
钢结构具有强度高、韧性好、抗震性能好、施工速度快等优点，非常适合现代工程结构向高耸、大跨和重载发展的需求，工程应用日益增多。在超高层建筑、大跨建筑与大跨桥梁、重载工业厂房与特种结构中，梁、柱、支撑、剪力墙、桁架等主要受力构件所需钢板厚度越来越大。即使采用可以充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点、显著减小钢板壁厚的组合结构，其为满足工程需要所采用的钢材厚度也在日益增大，最厚已达100mm以上。
通常钢结构现场安装中，其钢构件的焊接接头，主要为“管对接”或“板对接”等接头形式。焊接坡口形式主要为X型坡口(双面焊) 或V型坡口(清根焊或带衬垫的单面焊)。在这种焊接接头形式的条件之下，其熔池在凝固过程中，由于焊接温度梯度的存在，其横向拘束度较小时，坡口内填充金属的收缩量及其容积变化基本上呈现“无节制”的状态，焊接变形通常较大。
众所周知，在没有其它附加外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的(平衡力系)。当焊接过程引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在实际的焊接过程中，由于焊接温度场的剧烈变化及其波动，形成了不均匀分布的焊接应力场。在焊缝中产生的焊接应力较大时，主要就是引发焊接变形(焊接的热应力与组织应力等，将通过形变而释放)。此外，温度梯度和不均匀的应力，加上不利的结构条件，还可能导致局部的焊接应力集中。当某一刻其拉应力超过金属的屈服强度时，就会发生局部的塑性变形，来释放部分应力。但焊缝区域的金属屈服效应，同时降低焊接接头的刚度，其后果会影响钢构的使用性能。如果未释放掉的焊接残余应力过大，甚至可能产生焊接裂纹。
在钢结构或钢-混凝土组合结构中，其厚壁钢结构的现场焊接施工，由于焊接金属填充量比较大，相应地焊接应力及变形也大，因此其控制越加成为一个棘手的工艺技术难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种用于H型钢的生产加工方法。
为实现本发明目的，采用的技术方案是：一种降低钢结构制品焊接应力的方法，所述降低钢结构制品焊接应力的方法具体包括以下步骤：
1).预热：先将钢结构制品在程控升温加热至400～600℃，升温幅度为1.0～2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温20～24h，再将钢结构制品温度降至40～100℃，降温幅度为0.5～1.5℃/min；
2).焊接：趁热将钢结构制品进行组对，利用氩弧焊对钢结构制品进行焊接，控制单条焊道内部的焊缝数目在30～50cm/个，同时避免2条或3条焊缝垂直交叉，控制焊缝的厚度偏差为0～0.5cm，控制单个焊层内部的焊道数目在3～8个/层；
3).降温：将焊接好的钢结构制品降温至5～10℃，降温幅度为 0.1～0.5℃/min，降温至最低点时恒温保温18～24h；
4).退火：将步骤3中的钢结构制品升温至600～650℃，升温幅度为1.0～2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温2～5h，将温度降温至10～15℃，降温幅度为2.5～5℃/min；
5).振动：在升温的同时开启振动时效装置进行振动，每升高 100℃时启动一次，振动3～5min，当温度升高至最高温度时，持续振动20～30min；
6)抛磨：将步骤5得到的钢结构制品的倒角、边沿和焊道的边沿用抛磨机进行打磨，并在打磨区涂抹防水油脂。
优选的，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤2中焊接方式为分段退焊、分层焊或对角跳焊中的一种或几种。
优选的，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤3中降温方式为风冷、水冷或油冷降温。
优选的，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤4中退火的降温方式为水冷或油冷降温。
优选的，所述水冷液中加入质量分数为30～40％的柠檬酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁和碳酸氢钠的混合物。
优选的，所述油冷液中加入10～20％的柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液。
优选的，所述柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液中柠檬酸钠与氯化钠的配比为1:2～5，混合溶液的浓度为40～60％。
本发明的有益效果为：本发明将钢结构制品进行预热、焊接、降温、退火和振动等消除焊接应力的方法进行综合除焊接应力，将焊接应力降低了90％以上，避免焊接应力对钢结构的破坏，从而提高钢结构制品的强度、刚度和硬度，保证了钢结构制品在使用时的安全性，大大降低了焊接应力危害、大大降低了结构变形量，从而提高了钢结构稳定性，保证了钢结构制品的性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种降低钢结构制品焊接应力的方法，所述降低钢结构制品焊接应力的方法具体包括以下步骤：
1).预热：先将钢结构制品在程控升温加热至600℃，升温幅度为2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温24h，再将钢结构制品温度降至100℃，降温幅度为1.5℃/min；
2).焊接：趁热将钢结构制品进行组对，利用氩弧焊对钢结构制品进行焊接，控制单条焊道内部的焊缝数目在50cm/个，同时避免2 条或3条焊缝垂直交叉，控制焊缝的厚度偏差为0～0.3cm，控制单个焊层内部的焊道数目在3～5个/层；
3).降温：将焊接好的钢结构制品降温至10℃，降温幅度为0.5℃ /min，降温至最低点时恒温保温24h；
4).退火：将步骤3中的钢结构制品升温至650℃，升温幅度为 2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温5h，将温度降温至15℃，降温幅度为5℃/min；
5).振动：在升温的同时开启振动时效装置进行振动，每升高 100℃时启动一次，振动5min，当温度升高至最高温度时，持续振动 30min；
6)抛磨：将步骤5得到的钢结构制品的倒角、边沿和焊道的边沿用抛磨机进行打磨，并在打磨区涂抹防水油脂。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤2中焊接方式为分段退焊。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤3中降温方式为风冷降温。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤4中退火的降温方式为水冷降温。
其中，所述水冷液中加入质量分数为40％的柠檬酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁和碳酸氢钠的混合物。
其中，所述油冷液中加入20％的柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液。
其中，所述柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液中柠檬酸钠与氯化钠的配比为1:2，混合溶液的浓度为60％。
经检测分析，钢结构制品的焊接应力下降了95.23％。
实施例2
一种降低钢结构制品焊接应力的方法，所述降低钢结构制品焊接应力的方法具体包括以下步骤：
1).预热：先将钢结构制品在程控升温加热至400℃，升温幅度为1.0℃/min，升温至最高温度后恒温保温20h，再将钢结构制品温度降至40℃，降温幅度为0.5℃/min；
2).焊接：趁热将钢结构制品进行组对，利用氩弧焊对钢结构制品进行焊接，控制单条焊道内部的焊缝数目在30cm/个，同时避免2 条或3条焊缝垂直交叉，控制焊缝的厚度偏差为0～0.5cm，控制单个焊层内部的焊道数目在3～4个/层；
3).降温：将焊接好的钢结构制品降温至5℃，降温幅度为0.1℃ /min，降温至最低点时恒温保温18h；
4).退火：将步骤3中的钢结构制品升温至600℃，升温幅度为 1.0℃/min，升温至最高温度后恒温保温2h，将温度降温至10℃，降温幅度为2.5℃/min；
5).振动：在升温的同时开启振动时效装置进行振动，每升高 100℃时启动一次，振动3min，当温度升高至最高温度时，持续振动 20min；
6)抛磨：将步骤5得到的钢结构制品的倒角、边沿和焊道的边沿用抛磨机进行打磨，并在打磨区涂抹防水油脂。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤2中焊接方式为分层焊。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤3中降温方式为水冷降温。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤4中退火的降温方式为油冷降温。
其中，所述水冷液中加入质量分数为30％的柠檬酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁和碳酸氢钠的混合物。
其中，所述油冷液中加入10％的柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液。
其中，所述柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液中柠檬酸钠与氯化钠的配比为1:5，混合溶液的浓度为40％。
经检测分析，钢结构制品的焊接应力下降了90.57％。
实施例3
一种降低钢结构制品焊接应力的方法，所述降低钢结构制品焊接应力的方法具体包括以下步骤：
1).预热：先将钢结构制品在程控升温加热至500℃，升温幅度为1.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温24h，再将钢结构制品温度降至60℃，降温幅度为1.0℃/min；
2).焊接：趁热将钢结构制品进行组对，利用氩弧焊对钢结构制品进行焊接，控制单条焊道内部的焊缝数目在40cm/个，同时避免2 条或3条焊缝垂直交叉，控制焊缝的厚度偏差为0～0.2cm，控制单个焊层内部的焊道数目在4～6个/层；
3).降温：将焊接好的钢结构制品降温至5℃，降温幅度为0.2℃ /min，降温至最低点时恒温保温20h；
4).退火：将步骤3中的钢结构制品升温至630℃，升温幅度为 1.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温3h，将温度降温至10℃，降温幅度为3℃/min；
5).振动：在升温的同时开启振动时效装置进行振动，每升高 100℃时启动一次，振动4min，当温度升高至最高温度时，持续振动 25min；
6)抛磨：将步骤5得到的钢结构制品的倒角、边沿和焊道的边沿用抛磨机进行打磨，并在打磨区涂抹防水油脂。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤2中焊接方式为对角跳焊。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤3中降温方式为油冷降温。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤4中退火的降温方式为油冷降温。
其中，所述水冷液中加入质量分数为35％的柠檬酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁和碳酸氢钠的混合物。
其中，所述油冷液中加入15％的柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液。
其中，所述柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液中柠檬酸钠与氯化钠的配比为1:3，混合溶液的浓度为45％。
经检测分析，钢结构制品的焊接应力下降了92.38％。
实施例4
一种降低钢结构制品焊接应力的方法，所述降低钢结构制品焊接应力的方法具体包括以下步骤：
1).预热：先将钢结构制品在程控升温加热至550℃，升温幅度为2℃/min，升温至最高温度后恒温保温20h，再将钢结构制品温度降至50℃，降温幅度为0.8℃/min；
2).焊接：趁热将钢结构制品进行组对，利用氩弧焊对钢结构制品进行焊接，控制单条焊道内部的焊缝数目在45cm/个，同时避免2 条或3条焊缝垂直交叉，控制焊缝的厚度偏差为0～0.3cm，控制单个焊层内部的焊道数目在3～4个/层；
3).降温：将焊接好的钢结构制品降温至5℃，降温幅度为0.3℃ /min，降温至最低点时恒温保温20h；
4).退火：将步骤3中的钢结构制品升温至630℃，升温幅度为 2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温5h，将温度降温至10℃，降温幅度为5℃/min；
5).振动：在升温的同时开启振动时效装置进行振动，每升高 100℃时启动一次，振动5min，当温度升高至最高温度时，持续振动 25min；
6)抛磨：将步骤5得到的钢结构制品的倒角、边沿和焊道的边沿用抛磨机进行打磨，并在打磨区涂抹防水油脂。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤2中焊接方式为分层焊。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤3中降温方式为水冷降温。
其中，所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤4中退火的降温方式为水冷降温。
其中，所述水冷液中加入质量分数为35％的柠檬酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁和碳酸氢钠的混合物。
其中，所述油冷液中加入15％的柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液。
其中，所述柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液中柠檬酸钠与氯化钠的配比为1:5，混合溶液的浓度为55％。
经检测分析，钢结构制品的焊接应力下降了93.03％。
在本发明中，本发明将钢结构制品进行预热、焊接、降温、退火和振动等消除焊接应力的方法进行综合除焊接应力，将焊接应力降低了90％以上，避免焊接应力对钢结构的破坏，从而提高钢结构制品的强度、刚度和硬度，保证了钢结构制品在使用时的安全性，大大降低了焊接应力危害、大大降低了结构变形量，从而提高了钢结构稳定性，保证了钢结构制品的性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述降低钢结构制品焊接应力的方法具体包括以下步骤：
1).预热：先将钢结构制品在程控升温加热至400～600℃，升温幅度为1.0～2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温20～24h，再将钢结构制品温度降至40～100℃，降温幅度为0.5～1.5℃/min；
2).焊接：趁热将钢结构制品进行组对，利用氩弧焊对钢结构制品进行焊接，控制单条焊道内部的焊缝数目在30～50cm/个，同时避免2条或3条焊缝垂直交叉，控制焊缝的厚度偏差为0～0.5cm，控制单个焊层内部的焊道数目在3～8个/层；
3).降温：将焊接好的钢结构制品降温至5～10℃，降温幅度为0.1～0.5℃/min，降温至最低点时恒温保温18～24h；
4).退火：将步骤3中的钢结构制品升温至600～650℃，升温幅度为1.0～2.5℃/min，升温至最高温度后恒温保温2～5h，将温度降温至10～15℃，降温幅度为2.5～5℃/min；
5).振动：在升温的同时开启振动时效装置进行振动，每升高100℃时启动一次，振动3～5min，当温度升高至最高温度时，持续振动20～30min；
6)抛磨：将步骤5得到的钢结构制品的倒角、边沿和焊道的边沿用抛磨机进行打磨，并在打磨区涂抹防水油脂。
2.根据权利要求1所述的降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤2中焊接方式为分段退焊、分层焊或对角跳焊中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤3中降温方式为风冷、水冷或油冷降温。
4.根据权利要求1所述的降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述降低钢结构制品焊接应力的方法步骤4中退火的降温方式为水冷或油冷降温。
5.根据权利要求4所述的降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述水冷液中加入质量分数为30～40％的柠檬酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁和碳酸氢钠的混合物。
6.根据权利要求4所述的降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述油冷液中加入10～20％的柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液。
7.根据权利要求6所述的降低钢结构制品焊接应力的方法，其特征在于：所述柠檬酸钠与氯化钠的混合溶液中柠檬酸钠与氯化钠的配比为1:2～5，混合溶液的浓度为40～60％。
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