一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法技术

本发明专利技术公开了一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法，属于钢结构桥梁制造的技术领域，包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法


[0001]本专利技术主要涉及钢结构桥梁制造的
，具体为一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法
。

技术介绍

[0002]钢构桥是指主要承重结构采用钢材的桥梁，即钢结构桥梁
、
钢桥，梁和腿或墩
(
台
)
身构成刚性连接，结构形式可分为门式刚构桥
、
斜腿刚构桥
、T
形刚构桥和连续刚构桥
。
[0003]正交异性板钢桥面的主要结构式，但正交异性钢桥面焊接过程中产生大量残余应力，形成材料金相组织和力学的薄弱部位，而这些薄弱部位可能导致构件运行时的变形
、
早期开裂
、
应力腐蚀
、
疲劳断裂和脆性断裂等病害，还会降低构件的承载力，影响桥梁结构的使用可靠性，直接影响结构的运行安全和服役寿命
。
[0004]为解决上述问题，国内出现了对钢桥面板单元焊接后进行整体退火的工艺，通过退火处理消减正交异性钢桥面板残余应力，减少了焊缝附近的残余应及焊接缺陷，能够延长正交异性钢桥面板疲劳寿命，对解决焊接细节复杂
、
焊缝数量庞大的桥梁结构问题提供了一个新技术措施，虽然退火处理能减少正交异性钢桥面焊接残余应力及焊接缺陷，但是退火过程中也不可避免地会产生或多或少的变形，这一点是钢桥梁加工过程中应该避免的，但目前针对退火过程中正交异性钢桥面板的变形相关研究并未见报道，相关试验数据缺失，为该方案的推广带来阻碍
。
[0005]基于此，本申请提供了一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制工艺，指导正交异性钢桥面板焊接及退火过程中的变形控制，因此控制好正交异性桥面板的焊接变形是关乎大跨度钢结构桥梁施工成败的关键环节，因此精确控制钢桥面板单元变形，对提高结构的装配精度和较少制造成本十分重要的，对减少桥面板焊接和退火后变形提高桥面板制作加工效率有积极意义，同时对正交异性钢桥面板退火工艺的推广也具有促进意义
。

技术实现思路

[0006]本专利技术技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，具体地本专利技术主要提供了一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法，用以解决上述
技术介绍
中提出的正交异性钢桥面板焊接及退火后变形控制的技术问题
。
[0007]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：
[0008]一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法
,
包括如下步骤：
[0009]S1
：收集钢桥面板单元尺寸
、
焊接工艺参数及参数值
、
退火处理参数及参数值；
[0010]S2
：基于步骤
S1
中收集的参数对钢桥面板单元的焊接过程进行有限元仿真，得到焊接完成后钢桥面板单元的变形；
[0011]S3
：根据钢桥面板单元的退火工艺参数，在步骤
S2
模拟的基础上进行退火处理过程的有限元仿真，得到退火后钢桥面板单元的变形；
[0012]S4
：基于步骤
S2
及步骤
S3
中得到的变形，得到钢桥面板单元焊后及热处理后最大变形的实用计算公式；
[0013]S5
：基于步骤
S4
得到的变形量，在反变形胎架上设置反变形，将钢桥面板单元固定在反变形胎架上按照预定焊接工艺进行焊接；
[0014]S6
：按预设退火工艺进行退火处理
。
[0015]优选的，步骤
S1
中的退火处理参数包括升温速率
、
降温速率以及保温温度
、
保温时间
。
[0016]优选的，步骤
S2
和
S3
中的有限元模拟是基于热弹塑性理论进行的，热弹塑性理论是有限元模拟的理论基础，本专利技术是通过多参数
(
板厚
、
焊缝条数
、
能量输入等
)
的有限元模拟，寻找以上参数与焊接退火变形的关系，并由此确定本专利的经验公式，因此在之后类似的钢桥面板焊接退火时，可以通过经验公式快速确定焊接退火变形，因而由此施加反变形，达到变形控制的效果；
[0017]三维热弹塑性有限元法一般要消耗大量时间，由专业人士完成，通过本公式可以快速预测变形，节约了时间
。
[0018]优选的，步骤
S4
中钢桥面板单元焊后及热处理后最大变形实用计算基于固有应变理论，由以下公式得到：
[0019][0020][0021][0022]式中：
θ
为角变形
(rad)
，
Δ
为横向弯曲总变形量
(mm)
，
f
为纵向弯曲最大挠度
(mm)
，
ζ
为横向固有应变总和比例系数，
α
为热膨胀系数，
c
为比热，
ρ
为密度，
E
为焊接线能量
(J/mm)
，
td
为钢盖板
(2)
的厚度
(mm)
，
N
为钢桥面板单元
(1)
焊缝条数总数一半，
Li
为第
i
条焊缝离钢桥面板单元
(1)
外边缘的距离
(mm)
，
k
为纵向固有应变总和比例系数，
I
为钢桥面板单元
(1)
截面惯性矩，
L
为钢桥面板单元
(1)
长度
(mm)
，
N
为钢桥面板单元
(1)
焊缝条数总数一半
。
[0023]优选的，步骤
S5
中反变形胎架应具有调节大小的功能，所述反变形胎架包括四个支撑架，每个所述支撑架均通过转轴转动连接有平台架，位于首尾位置的两个支撑架的两侧均设置有立柱，每个所述立柱与平台架两侧安装孔内的销轴为可拆卸连接，所述平台架上侧的每个滑槽内均滑动连接有压紧件，且压紧件通过千斤顶压紧在滑槽内，靠近每个所述压紧件一侧均设置有反变形调节组件，所述反变形调节组件包括安装架，所述安装架内设置有七个液压缸，一个液压缸位于安装架内部的中间位置，其余六个液压缸对称设置在位于中间位置液压缸的两侧，每组对称分布的两个液压缸连通的管道上和位于中间位置的液压缸的管道上均设置有电磁阀，每个所述安装架内七个液压缸的活动端共同铰接有抵触件，所述抵触件由多个小钢片铰接组合而成，本专利技术通过反变形胎架，实现了根据预供值，对抵触件的形变量进行调控，动力来源是由电磁阀控制液压缸上的管道的通断，从而控制
以及类似的表述只是为了说明的目的...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法
,
其特征在于
,
包括如下步骤：
S1
：收集钢桥面板单元
(1)
尺寸
、
焊接工艺参数及参数值
、
退火处理参数及参数值；
S2
：基于步骤
S1
中收集的参数对钢桥面板单元
(1)
的焊接过程进行有限元仿真，得到焊接完成后钢桥面板单元
(1)
的变形；
S3
：根据钢桥面板单元
(1)
的退火工艺参数，在步骤
S2
模拟的基础上进行退火处理过程的有限元仿真，得到退火后钢桥面板单元
(1)
的变形；
S4
：基于步骤
S2
及步骤
S3
中得到的变形，得到钢桥面板单元
(1)
焊后及热处理后最大变形的实用计算公式；
S5
：基于步骤
S4
得到的变形量，在反变形胎架上设置反变形，将钢桥面板单元
(1)
固定在反变形胎架上按照预定焊接工艺进行焊接；
S6
：按预设退火工艺进行退火处理
。2.
根据权利要求1所述的一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法，其特征在于，步骤
S1
中的退火处理参数包括升温速率
、
降温速率以及保温温度
、
保温时间
。3.
根据权利要求1所述的一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法，其特征在于，步骤
S2
和
S3
中的有限元模拟是基于热弹塑性理论进行的
。4.
根据权利要求1‑3所述的一种钢桥面板单元的焊接及退火变形控制方法，其特征在于，步骤
S4
中钢桥面板单元
(1)
焊后及热处理后最大变形实用计算基于固有应变理论，由以下公式得到：下公式得到：下公式得到：式中：
θ
为角变形
(rad)
，
Δ
为横向弯曲总变形量
(mm)
，
f
为纵向弯曲最大挠度
(mm)
，
ζ
为横向固有应变总和比例系数，
α
为热膨胀系数，
c
为比热，
ρ
为密度，
E
为焊接线能量
(J/mm)
，
td
为钢盖板
(2)
的厚度
(mm)
，
N
为钢桥面板单元
(1)
焊缝条数总数一半，
Li
为第
i
条焊缝离钢桥面板单元
(1)
外边缘的距离
(mm)
，
k
为纵向固有应变总和比例系数，
I
为钢桥面板单元
(1)
截面惯性矩，
L
为钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪福，黎军，安迪，汪春民，段永军，朱宇君，
申请(专利权)人：中建五洲工程装备有限公司，
类型：发明
国别省市：