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Q345钢含有一定的合金元素,碳当量值为0.39% ,具有一定的淬硬倾向,在大厚板和冷却速度过快的情况下焊接,容易出现冷裂纹。此外,在大工艺参数焊接时,由于热输入过大,容易导致焊缝产生热裂纹或出现热影响区热应变脆化问题。从焊件结构来看,矩形管长度与截面比较大,属细长杆类,焊接过程中极易变形且变形情况复杂。因此,焊接变形控制成为难题。
  1.矩形管组焊方案的确定
  为满足强度需要,此矩形管截面尺寸为300mm× 200mm,板厚3mm,设计要求扭曲及平行度等偏差≤1.2mm,制作技术难度较大。为此,通过调查研究,昀终确定利用板材对称两半折弯成槽形半壳,然后再采用CO2气体保护焊焊接成形的制造工艺。
  2.焊接工艺
  (1)开 V形坡口 对称的两根槽形半管用大型折弯机压制成形,按工艺要求加工对接焊坡口,预留间隙拼接。焊接接头的设计在焊接工程中是较薄弱的环节。 坡口形式对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要的作用。坡口设计必须考虑母材的熔合比、施焊空间、焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值 Δ B。
  ΔB =5.1Aω/δ+1.27 d
  式中 Aω——焊缝横截面积, mm ; δ——板厚, mm ; d——焊缝根部间隙, mm。
  找出 ΔB与 Aω的关系后,即可根据两者关系列表分析,处理数据,进行优化设计,昀后确定矩形管对接焊缝坡口形式
  (2)控制焊接变形此矩形管由于其外形属于细长杆类,因此焊接变形极难控制。焊接的主要变形有挠曲(正弯)、侧弯、角变形及扭曲变形等。对于此矩形管而言,主要的变形是横向收缩,使矩形断面尺寸受到影响,每边需缩进预留间隙90%左右;焊缝横向收缩后,竖板两端向内弯曲,使构件形成腰鼓状;由于焊缝断面大,输入热量多,必然引起较大的纵向收缩,使构件在长度方向形成挠曲变形;对因不合理焊接造成的扭曲变形,矫正十分困难,有时不得不割开重焊或整件报废。
  从焊接变形理论可知,影响焊接变形大小的主要因素是:焊缝尺寸越大,熔敷金属越多,变形越大;焊缝尺寸相等时,焊缝热输入越大,造成的变形也越大;焊接大长焊缝时,分段比直通焊变形要小;焊缝布置不对称或虽布置对称但不对称焊接,焊缝部位偏离越严重,变形越大;构件刚性越小,变形越大。
  焊接规范通过工艺试验和工艺分析,确定矩形管对接焊缝采用双层 CO2气体保护焊。焊接材料用 H08Mn2SiA, 1.2mm焊丝;保护气体为纯CO2气体。第一层焊缝的焊接电流为200~250A,第二层为240~320A;电弧电压为24~26V。工艺要求是:第一层焊缝必须焊透,保证背面成形良好;焊接电流、电弧电压、送丝速度和焊接速度等可根据设备型号调节。
  焊接顺序为减少变形,矩形对接焊的焊接顺序应按以下原则:采取由中间向两边分层分段对称跳焊,产生的焊接变形比直通焊小,有利于应力的分散和释放,避免在焊件中产生复杂的应力。直通摆动焊时,焊接开始所形成的较窄的塑性变形区只出现一次,而且由于连续摆动焊接,热输入量大,受热面积大,被压缩造成的塑性变形区域大,因而焊后收缩变形很大。分层分段跳焊时,每一层截面都很小,所需热量就小,且每一层又分若干段进行跳焊,每焊一段基本上都是在冷钢板上重新建立一次温度场,每次都出现一个较窄的塑性变形区,因而塑性变形区的平均宽度 (即横向收缩的尺寸)要比相应分层直通焊小,纵向收缩也小,比起直通连续一次填满的摆动焊接变形就更小。
  根据上述分析,先由中间向两端分段跳焊焊缝1第一层 (见图1),翻面由中间向两端分段跳焊焊缝2第一层,焊缝2应采用比焊缝1较大的焊接规范,以产生较大的反向力,使原变形得到矫正

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