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溶接変形は、において一般的な問題です 構造用鋼の製造および鋼構造。過度の変形は、鋼製コンポーネントの寸法精度に影響を与え、組み立てや設置時に困難を引き起こし、完成した鋼構造の全体的な性能を低下させる可能性があります。
ひどい場合には、溶接の変形によって追加の曲げモーメント、二次応力、位置合わせの問題が発生する可能性もあります。したがって、溶接歪みを効果的に制御することは、鋼構造の設計、製造、および品質管理の重要な部分です。
溶接中、溶接部の周囲の鋼は急速に加熱され、その後不均一に冷却されます。この不均一な熱膨張と収縮により、次のような問題が発生する可能性があります。
角変形
縦方向の収縮
横収縮
曲げ変形
ツイスト
局部座屈
全体の寸法偏差
変形量は、板厚、溶接サイズ、入熱、継手の設計、溶接順序、拘束条件、材料特性などの要因によって異なります。
溶接の品質と構造強度の要件がまだ満たされる場合、開先角度とルートギャップは合理的に可能な限り小さく保つ必要があります。
溶接金属の溶着量を低減することで、入熱と溶接収縮の低減に貢献します。
降伏強度が約 345 MPa 未満で、焼入れ性が比較的低い適切な鋼の場合、過度の入熱を避ける必要があります。
該当する溶接手順で許可されている場合は、予熱およびパス間温度を適切に制御する必要があります。
などの低入熱溶接プロセスは、 CO2 ガスシールド溶接熱変形の軽減に役立ちます。
すべての溶接パラメータは、承認された溶接手順と該当するプロジェクト標準に準拠する必要があります。
厚い鋼板の場合は、通常、シングルパスで大きな溶接を行うよりもマルチパス溶接の方が好まれます。
マルチパス溶接により、熱分布がより適切に制御され、過度の局所的変形が軽減されます。
縦補強材と横補強材の場合、構造設計要件で許可されている場合、断続溶接により溶接金属の総量と入熱を削減できます。
ただし、構造計算、疲労要件、シーリング要件、またはプロジェクト仕様で必要な場合は、連続溶接を使用する必要があります。
ジョイントの両側にアクセスできる場合は、対称的な両面溝を考慮する必要があります。
マルチパス溶接の場合は、可能な限りコンポーネントの中立軸の周りに対称的に溶接を行う必要があります。
これにより、溶接収縮のバランスが取れ、角度歪みが軽減されます。
厚い T 継手または十字継手の場合、従来の大きなすみ肉溶接よりも開先溶接の方が適している場合があります。
適切に設計された開先溶接は、必要な接合強度を維持しながら、必要な溶接金属の量を減らすことができます。
予期される角度歪みを補償するために、溶接前に事前設定または逆変形を導入できます。
溶接および冷却後、コンポーネントは必要な形状に近づくことができます。
この方法は、鉄骨梁、H 形材、プレート、その他の加工部品に一般的に使用されます。
予想される縦方向および横方向の収縮を補償するために、製造中に寸法の許容値を組み込むことができます。
たとえば、製造された H 形セクションでは、長手方向の溶接収縮を補償するために追加の長さが必要になる場合があります。
実際の許容量は次に従って決定する必要があります。
コンポーネントの寸法
板厚
溶接サイズ
溶接工程
ジョイント構成
製作経験
承認された溶接手順
単一の固定値に依存するのではなく、実際の製造条件に応じて収縮許容値を検証する必要があります。
長尺鋼材の場合、鋼板の平面度や部品の組立精度を向上させることでねじれを軽減できる場合が多いです。
重要な要素には次のようなものがあります。
正確な溝角度
一貫したルートギャップ
メンバーの正しい配置
適切な溶接位置
電極または溶接トーチの正確な方向
一貫した溶接パラメータ
部品全体に沿って均一な溶接条件を維持することで、不均一な長手方向および角方向の変形を軽減できます。
構造設計中は、不必要な溶接を可能な限り避ける必要があります。
必要に応じて、激しく溶接されたアセンブリの代わりに、圧延鋼片、成形コンポーネント、または標準化されたプロファイルを使用することもできます。
溶接の数とサイズを減らすと、次のような効果があります。
溶接入熱の低減
変形を最小限に抑える
製造時間の短縮
修正コストの削減
生産効率の向上
溶接は、セクションの中立軸または中心線にできるだけ近い位置に配置する必要があります。
対称的な溶接レイアウトにより、アンバランスな収縮によって引き起こされる曲げ変形を軽減できます。
また、溶接部の間隔が狭いと過剰な熱の蓄積や局所的な歪みが生じる可能性があるため、溶接部の集中も避ける必要があります。
複数の溶接があるコンポーネントの場合、適切な溶接順序が不可欠です。
コンポーネントの設計に応じて、適切な方法には次のようなものがあります。
対称溶接
バックステップ溶接
スキップ溶接
セグメント溶接
中心から両端に向かって溶接
綿密に計画された順序により、熱がより均一に分散され、一方向に変形が蓄積するのを防ぎます。
構造設計では、不必要な溶接接続を最小限に抑える必要があります。
実用的な場合には、圧延部分または成形鋼部品を製造溶接部品に置き換えることができ、補強材や溶接継手の数を減らすことができます。
これにより、溶接変形とその後の矯正作業の両方を大幅に軽減できます。
厚板の突合せ継手の場合、 X 溝継手の方が 従来の V 溝継手よりも溶着金属が少なくて済む場合があります。
溶接金属の体積を減らすと、以下の削減に役立ちます。
溶接入熱
横収縮
角変形
残留応力
構造強度を高めるために大規模な溶接を必要としない T ジョイントの場合、適用可能な設計要件に従って実際の最小の隅肉溶接サイズを選択する必要があります。
構造条件が許せば、断続的な溶接も変形を軽減するのに役立つ場合があります。
溶接変形は、製造時だけでなく構造設計段階でも考慮する必要があります。
薄鋼板構造の場合、構造の安定性を向上させ、波の変形を軽減するには、適切な板厚、補強材の間隔、溶接サイズを選択する必要があります。
一般に、単純で規則的な構造構成は、不必要に複雑な溶接形状よりも製造および制御が容易です。
多くの溶接構造では、横方向の収縮が縦方向の収縮よりも大きくなる可能性があります。
このため、設計時には溶接の方向と位置を慎重に考慮する必要があります。
可能な場合、溶接部は次のことを行う必要があります。
左右対称に配置されること
断面の中心線の近くに位置すること
過度の集中を避ける
重要な方向の変形を最小限に抑えるように方向付けする
これらの対策により、溶接後の曲がりやねじれ、寸法のばらつきを軽減することができます。
適切な管理措置を講じたとしても、依然として多少の変形が発生する可能性があります。
一般的な修正方法は次のとおりです。
機械的矯正
制御された熱矯正
プレス補正
許可されている場合は炎矯正
局所的な機械的調整
修正作業は、鋼材の損傷、亀裂の発生、材料特性への悪影響を避けるために慎重に行う必要があります。
効果的な溶接変形制御には、 構造設計、溶接手順の開発、製造、組み立て、溶接順序、品質検査の間の調整が必要です。.
最も効果的なアプローチは、製造後の修正に大きく依存するのではなく、溶接前および溶接中の過度の変形を防ぐことです。
溶接サイズ、入熱、継手の設計、溶接順序、組立精度、収縮許容値を制御することで、鉄鋼製造業者はより高い寸法精度、より優れた設置効率、より信頼性の高い構造性能を達成できます。
