Các bộ phận kết cấu tấm mỏng thường đề cập đến các bộ phận kết cấu được hàn bằng các tấm thép (bao gồm các tấm thép không gỉ, tấm mạ kẽm và tấm sắt trắng) có độ dày không quá 4 mm. Kiểm soát và hiệu chỉnh biến dạng hàn của các bộ phận kết cấu tấm mỏng đòi hỏi công nghệ tuyệt vời. Sau đây là thảo luận về sự đồng thuận mà chúng tôi đã đạt được, chỉ giới hạn ở cấp độ và chỉ để tham khảo.
A.Nguyên nhân gây biến dạng hàn
(1) Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt hàn
1. Phương pháp quy trình hàn. Các phương pháp hàn khác nhau sẽ tạo ra các trường nhiệt độ khác nhau và các biến dạng nhiệt khác nhau. Nói chung, hàn tự động tập trung nhiều hơn vào việc gia nhiệt so với hàn thủ công, diện tích gia nhiệt hẹp hơn và biến dạng nhỏ hơn. Dây hàn được bảo vệ bằng khí CO2 mỏng, mật độ dòng điện lớn, gia nhiệt tập trung và biến dạng nhỏ.
2. Thông số hàn. Cụ thể là dòng điện hàn, điện áp hồ quang và tốc độ hàn. Năng lượng đường dây càng lớn, biến dạng hàn càng lớn. Biến dạng hàn tăng theo dòng điện hàn và điện áp hồ quang tăng, và giảm theo tốc độ hàn tăng. Trong ba thông số, hiệu ứng của điện áp hồ quang là rõ ràng, vì vậy biến dạng của hàn tự động với điện áp thấp, tốc độ cao và mật độ dòng điện cao là nhỏ.
3. Số lượng mối hàn và kích thước tiết diện. Số lượng mối hàn càng lớn thì kích thước tiết diện càng lớn và biến dạng hàn càng lớn.
4. Phương pháp thi công. Trường nhiệt độ của hàn liên tục và hàn ngắt quãng là khác nhau, biến dạng nhiệt tạo ra cũng khác nhau. Thông thường biến dạng hàn liên tục lớn hơn, biến dạng hàn ngắt quãng là nhỏ nhất.
5. Tính chất nhiệt lý của vật liệu. Các vật liệu khác nhau có độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng và hệ số giãn nở khác nhau, dẫn đến biến dạng nhiệt và biến dạng hàn khác nhau.
(2) Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số độ cứng của chi tiết hàn
1 Kích thước và hình dạng của các thành phần. Khi độ cứng của thành phần tăng lên, biến dạng hàn sẽ nhỏ hơn.
2 ứng dụng kẹp lốp. Việc sử dụng kẹp lốp làm tăng độ cứng của các bộ phận, do đó làm giảm biến dạng hàn.
3 Quy trình hàn lắp ráp. Quy trình hàn lắp ráp có thể gây ra sự thay đổi độ cứng và vị trí trọng tâm của linh kiện ở các giai đoạn lắp ráp khác nhau, điều này có ảnh hưởng lớn đến biến dạng hàn của linh kiện điều khiển.
Nói chung, trong điều kiện hạn chế nhỏ, biến dạng hàn của chi tiết hàn lớn, ngược lại biến dạng nhỏ.
B. Các loại biến dạng hàn của kết cấu tấm mỏng
Biến dạng hàn của bất kỳ kết cấu thép nào cũng có thể được chia thành biến dạng tổng thể và biến dạng cục bộ.
Biến dạng tổng thể là sự thay đổi về kích thước hoặc hình dạng của toàn bộ cấu kiện sau khi hàn, bao gồm co ngót theo chiều dọc và chiều ngang (kích thước tổng thể co lại), biến dạng uốn (vòm giữa, võng) và biến dạng xoắn.
Biến dạng cục bộ là biến dạng của khu vực cục bộ của chi tiết sau khi hàn, bao gồm biến dạng góc và biến dạng sóng.
C. Nguyên lý và phương pháp kiểm soát biến dạng hàn của kết cấu tấm mỏng
Biến dạng nhiệt trong quá trình hàn và độ cứng của các thành phần hàn trong quá trình hàn là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến biến dạng dư của quá trình hàn. Dựa trên hai yếu tố chính này, có thể coi biến dạng dư của quá trình hàn là không thể tránh khỏi, tức là không thể loại bỏ hoàn toàn biến dạng hàn.
Để kiểm soát biến dạng dư của quá trình hàn, cần áp dụng các biện pháp đồng thời từ khâu thiết kế các bộ phận kết cấu tấm mỏng và quá trình thi công.
Trong thiết kế các bộ phận kết cấu tấm mỏng, ngoài việc đáp ứng được độ bền và hiệu suất của các thành phần, còn phải đáp ứng được các yêu cầu về biến dạng hàn tối thiểu và giờ lao động tối thiểu trong quá trình chế tạo các thành phần. Do đó, việc tối ưu hóa bố trí các mối nối tấm là đặc biệt quan trọng. Bố trí các mối nối tấm trong bản vẽ thiết kế thường không xem xét cẩn thận đến khả năng chế tạo, dễ gây ra biến dạng hàn.
Quá trình hàn là một trong những quá trình quan trọng trong xây dựng kết cấu thép. Một quá trình hàn hợp lý là một phương pháp hiệu quả để giảm biến dạng hàn và tập trung ứng suất.
Để kiểm soát biến dạng hàn của các chi tiết, cần áp dụng các biện pháp hiệu quả nhất có thể, chẳng hạn như: chia các chi tiết thành nhiều phần nhỏ và các đoạn chi tiết, sao cho biến dạng hàn được phân tán trên từng chi tiết, thuận tiện cho việc kiểm soát và hiệu chỉnh biến dạng của các chi tiết;
Bố trí mối hàn của từng chi tiết đối xứng với trục trung hòa của tiết diện phân đoạn của chi tiết hoặc gần với trục trung hòa của tiết diện để tránh biến dạng và biến dạng uốn quá mức sau khi hàn;
Đối với mỗi mối hàn chính, hãy chọn kích thước chân hàn nhỏ nhất và mối hàn ngắn nhất có thể;
Tránh tập trung quá mức và sắp xếp chéo các mối hàn;
Sử dụng các tấm thép rộng và dài càng nhiều càng tốt hoặc các kết cấu làm giảm số lượng mối hàn, v.v.
Các phương pháp xử lý để kiểm soát biến dạng hàn của các bộ phận kết cấu tấm mỏng như sau:
(1) Lắp ráp các thành phần mà không cần ép buộc ứng suất lắp ráp;
(2) Áp dụng phương pháp hàn tự động và các phương pháp hàn bảo vệ bằng khí khác: chẳng hạn như phương pháp hàn bảo vệ bằng khí hỗn hợp Ar+CO2 MAG tiên tiến nhất.
(3) Lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật hàn và trình tự hàn lắp ráp. Giảm nguồn cung cấp dây, giảm dòng điện, điện áp và thay đổi cực tính (thường là cực tính ngược DC → cực tính dương DC). Hàn mối hàn ngắn trước rồi hàn mối hàn dài, và thực hiện quy trình tháo hàn từng bước từ trong ra ngoài.
(4) Sử dụng phương pháp cố định cứng và phương pháp chống biến dạng một cách hợp lý nhất có thể.
D. Hiệu chỉnh biến dạng hàn của các bộ phận kết cấu tấm mỏng
Trong quá trình thi công kết cấu thép, mặc dù đã có các biện pháp kiểm soát biến dạng hàn trong quá trình thiết kế và thi công thành phần, nhưng do đặc điểm của quá trình hàn và tính phức tạp của quá trình thi công nên biến dạng hàn vẫn là điều không thể tránh khỏi. Biến dạng hàn theo yêu cầu của thiết kế phải được khắc phục.
Quá trình hiệu chỉnh được giới hạn trong việc hiệu chỉnh biến dạng cục bộ của các thành phần hàn, chẳng hạn như biến dạng góc, biến dạng uốn, biến dạng sóng, v.v. Đối với biến dạng tổng thể của kết cấu thành phần, chẳng hạn như co ngót dọc và ngang (tổng kích thước co lại), chỉ có thể được đặt trước bằng cách tạo phôi hoặc lắp ráp. dung sai để bù.
Sử dụng phương pháp nắn thẳng cơ học để hiệu chỉnh kết cấu thép dễ gây ra sự tôi cứng nguội của kim loại, đồng thời tiêu tốn một lượng dự trữ nhựa nhất định của vật liệu, chỉ có thể sử dụng cho các vật liệu có độ dẻo tốt. Trong sản xuất thực tế, máy ép thủy lực quy mô lớn đặc biệt, hiệu chỉnh máy ép ma sát.
Kết cấu thép được hiệu chỉnh bằng phương pháp nắn thẳng bằng ngọn lửa. Sau khi nắn thẳng và làm nguội, kim loại của chi tiết hàn đạt được biến dạng dẻo nén không thể đảo ngược, do đó biến dạng của toàn bộ chi tiết hàn được hiệu chỉnh.
Phương pháp nắn thẳng bằng ngọn lửa cũng tiêu hao một phần độ dẻo của vật liệu, đối với vật liệu giòn hoặc vật liệu có độ dẻo kém, cần thận trọng khi sử dụng. Cần kiểm soát nhiệt độ gia nhiệt của ngọn lửa một cách hợp lý. Nếu nhiệt độ quá cao, tính chất cơ học của vật liệu sẽ giảm, nếu nhiệt độ quá thấp, hiệu quả hiệu chỉnh sẽ giảm.
Do tốc độ làm mát không ảnh hưởng đến hiệu quả hiệu chỉnh nên trong quá trình thi công thường sử dụng phương pháp phun nước trong khi gia nhiệt, không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn nâng cao hiệu quả hiệu chỉnh.
