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    电梯井对多层轻钢结构设计的影响分析

    2018-08-20   来源:   点击数:47次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港产业讯息:内罩尺寸形状为内径为2200mm,结构周期与振型自振周期计算模型模型一1.3727(Y方向平动)1.3368(X方向平动)模型二1.3314(Y方向平动)l.3193(X方向平动)模型三0.6057(Y方向平动)0.4584(X方向平动)工业建筑2003年增刊表2最大位移、最大层间位移角计算模型最大位移(mm)最大层间位移角(rad)X方向Y方向X方向Y方向模型一模型二模型三表2的数据同样证明轻钢框架电梯井道对结构整体刚度的影响很小。剪力墙井道则使结构的横向和纵向位移大大减小。下面结合三个计算模型中各层位移和层间位移角曲线,就电梯井道对于结构体系的影响做进一步的说明。
     
      I方Y方最大楼层位移最大层间位移角两张图表中,模型一、模型二曲线都近乎重合。这也说明轻钢框架电梯井道对于结构整体刚度的影响很小,而钢筋混凝土电梯井道则大大改善了结构体系的受力特性。从最大楼层位移曲线可以很明显的看出,主框架结构在水平荷载作用下呈剪切型变形。将钢筋混凝土电梯井道和主框架共同计算时,二者通过楼板协同工作,共同抵抗水平荷载,必须满足变形协调,从而使侧向变形呈弯剪型。在最大层间位移角曲线图中,模型三曲线平滑而且曲率很小,这说明在钢筋混凝土电梯井道的协同工作,上下各层的变形趋于均匀,也就是说结构各层剪力趋于均匀,从而各层梁柱截面尺寸也趋于均匀。
     
      工业建筑2003年增刊如果采用剪力墙电梯井道作为主要抗水平力构件,必将使框架柱和主梁的内力减小。为了明确剪力墙电梯井道对主框架梁柱构件受力的影响,下面给出模型一和模型三中主要梁柱构件的内力。
     
     中国钢管信息港产业讯息:主要结构构件内力模型一。模型三注:表中数字为构件正应力与设计值的比值。
     
      主框架与剪力墙电梯井道共同验算后,主要梁柱构件内力减小为原来的60%左右。如果主框架和电梯井分别验算而不考虑相互影响,结果必将导致用钢量很不经济。
     
      从上面的分析可以看出,剪力墙电梯井道不仅影响到结构的周期、位移,还将影响到结构各层的构件截面尺寸,从而影响到总用钢量。高为227mm的焊接结构件,自重2190kg.根据内的工作环境,日方选用YUS701钢,使构件具有相当高的高温持久强度、抗高温氧化能力和耐介质腐蚀能力。耐热不锈钢YUS701及选配焊条40K由武钢从新日铁引进。用于制造硅钢ROF内罩。由于日方不提供焊接工艺,必须自己通过试验,以确定合适的焊接工艺。
     
      1.试验方法及材料1.1试验材料试验材料为奥氏体耐热不锈钢YUS701(主要成分为25Cr-13Ni2Si0.8M-0.25N),选配焊材为日方40K焊条,药皮为碱性,母材和焊条熔敷金属化学成分及机械性能见表1. >表1材料化学成分(Wt%)及机械性牌号1.2焊条选用一般来说不锈钢焊条的选用基本原则是参照母材的牌号,选用与母材成分相同或相近的焊条。奥氏体不锈钢作为耐热钢使用,对其高温抗拉强度以及蠕变极限有较高的要求,即使选择与母材金属相同成分的焊接材料,其接头也不1定能获得与母材金属相同的高温性能。而对高温工作的耐热不锈钢,焊条选用主要应满足焊缝金属的抗热裂性能和接头的篼温性能。必须针对具体钢种的工作%件考虑焊条的使用性能要求。高0、队的奥氏体热强钢焊缝采用y+5双相组织,高温时会发生〃的转化,对焊缝性能有害,所以不宜采用这种组织。对于热强钢焊缝以碳化物相C,或硼化物B,来形成双相组织为好。热强%对热裂敏感,应采用高碱度低氢焊条较高的C、N'i含量和较低的氮含量。提高C含童,目的在于在焊缝中造成y+c,(―次碳化物)双相组织,以细化奥氏体晶粒,打乱柱状晶方向特征,提篼抗热裂纹能力,在含V、Ti和Nb时,焊缝中最佳含碳范围为0. 3%该焊条的碳含量符合这一范围。因此采用Y +C,双相组织,能有效提篼焊缝抗热裂性又不会损害其篼牲能。40K焊条适用于具良好抗氧化性的奥氏体系耐热不锈钢YUS701的焊接,药皮为碱性。
     
      为防止在焊缝中产生裂纹和其它缺陷,试验中分别从焊接工艺参数,焊接操作,弧坑处理以及碳弧气刨打磨清根4个环节加以控制。并焊接了4付试板。按国家有关标准,对试板进行了着色和射线探伤,随后根据试验要求和探伤结果。对焊缝断面进行了剖析,提出了防止缺陷产生的焊接工艺规范和措施。
     
     中国钢管信息港产业讯息:焊接试验结果及分析2.1焊接裂纹开始时,焊痒工艺参数在40K焊条说明书推荐的范围内,试板材:YUS701,焊条牌号为40K(日本产)规格为舛、邦,试板由熟练焊工焊接,但在随后的焊缝断面上发现裂纹。观察发现裂纹位f第一层焊道中部,近似于垂直焊道中心线,经显微镜观察,裂纹起源于焊缝中的晶界并沿奥氏体柱状晶晶界扩展。存在裂纹的奥氏体柱状晶晶粒粗大,方向性强,从裂纹形貌上看,属于结晶裂纹,见。而填充层、盖面层由于母材稀释量小,有效形成了7+C,双相组织,未产生、裂纹,见图较篼的C、Ni含量和较低的N含量。提高C含,目的在于焊缝中形成y+c,双相组织,以S化奥氏体晶粒,打乱柱状晶方向特征,提高抗热裂纹。但c含量增加可能带来不利影响,一是凝固温度区间增大,使枝晶偏析严重,热裂倾向增大;二是使yFe的自扩散常数增大,有可能降低蟮变强度。因此采用40K焊条焊接YUS701钢仍然有较大热裂倾向。Ni含量增加,可进一步提高焊缝奥氏体稳定性,改善韧性,同时可降低N含量。
     
      为防止在焊缝中产生裂纹和其它缺陷,试验中分别从焊接工艺参数,焊接操作,弧坑、处理以及碳弧气刨打磨清根4个环节加以控制,并焊接了4付试板。按国家有关标准,对试板进行了着色和射线探伤,随后根据试验要求和换伤结果,对焊缝断面进行了剖析,提出了防止缺陷产生的焊接工艺规范和措施并推荐了焊缝无损检测的方法。
     
      2.2试板焊接。
     
      1号、2号、3号试板全部采用舛焊条进行焊接。4号试板由现场焊工焊接并拍片,采用fl焊条打底。灼焊条填充和盖面。焊接顺序是正面两层打底。反面用碳弧气刨清根、砂轮打磨、着色探伤后进行填充。正、反两面交替焊接。控制变形小于2,清根前后的四层焊道的弧坑都经砂轮打磨处理。焊接过程中记录焊接电流。焊接电压,弧坑的位置和处理情况,焊道成形和脱淹情况等。
     
      接电压为2025V,平均焊接速度为118mm/min,层间温度小于100'C.②正面第一层焊接时,采用长弧(约2.时。在弧坑处发现裂纹;另一处为短弧收未发现裂纹。③焊条脱渣性差。④焊缝成形差⑤反面清根后,用着色探伤未发现焊道裂纹。⑥有因焊条偏心发生熄弧的现象。
     
      2 2号试板的爆①焊接电流,第一层打底100为A,其它为150A.焊接电压为2530V.平均焊接速度。第一层打底为l5mm/mm,其它为170nim/mm.层间温度为100C.②当焊接电流调至160A时,焊条发红约50mm,飞溅增大且焊接电流大时,焊条熔化速度增大,焊接速度须相应增大。③底层焊道弧坑填满时,砂轮打磨,发现裂纹。④焊条脱渣性能较差。
     
      ⑤焊缝成形不好。⑥)清根后,着色探伤发现弧坑裂纹,约长5mm,开口小且浅。
     
      2.3 3试板的焊25V.平均焊接速度为128mm/min,层间温度小于100C.②第一层打底时,2个弧坑经过打磨均发现有较长火口裂纹。③焊缝成形好。④焊条脱渣性较好。⑤反面清根后着色探伤发现一弧坑裂纹长约5mm. 2.2.4 4号试板的簧条,电流为155165A,焊接电压为2025V,打底层平均焊接速度为158iftm/min,其它层平均焊接速度为126mm/min.上述试板碳弧气刨时,采用舛mm碳棒,电流为250300A,气体压力为0.7MPa.若气压低于。5MPa,被碳弧熔化的焊道金属不能立即吹掉,落在焊道上,易形成表面缺陷。试板焊后射线探伤合格,随后根据探伤结果,对焊缝断面进行了宏观金相检合格。
     
      2.3分析与讨论2.3.1爆工艺教的影响对坪蚊热襄仗的影嘀为了减小焊缝的热裂倾向,采用的焊接工艺参数应尽可能减少熔池过热和接头的应力,减小打底层焊缝稀释,防止焊缝奥氏体柱状晶的过分粗大和方向性。因此打底焊道电流不宜大,选100A比较好。1号、2号、3号试板焊接时的平均线能量分别为11.73.14.55.13.18.在焊接电流变化时,焊接速度要作相应的调整,以保证适宜的焊接线能童。3号试板填充层较好体现了这一点,裂纹倾向较小。弧长变化时,焊接电压会发生相应变化,弧长增长,则焊接电压升高,尽量保持短弧焊接和收弧。
     
      中国钢管信息港产业讯息:减少空气侵人焊接区机会,对降低裂纹特别是弧坑裂纹倾向有利。层间温度较篼时,焊缝奥氏体柱状晶有粗化增大的趋势,应将层间温度控制在1C以下。
     
      对说杜龅的彩响焊条脱渣性能差时,容易在焊缝中黄成夹渣,且费工费时,降低生产率,因此,应尽量提篼焊条的脱渣性能。焊接电流的变化对脱渣性有一定影响。小电流比大电流的脱渣率低,这是因为小电流时,熔滴在弧柱中存在时间较长,焊缝易增氧,渣中FeO类复合化合物增多,形成的“焊点”将熔渣与焊道金属表面牢牢连接在一起,使脱渣率降低。但电流大时焊缝成形较差,脱渣率下降,因此“中等规范”的电流,脱渣率相对较高u弧长的变化引起焊接电压的变化,对脱渣性的影响比较敏感,长弧焊接时,电弧飘移不定,空气极易侵人焊接区,氧化严重,渣中FeO复合化合物增多,脱渣性恶化。短弧焊接时,减少了氧气侵人焊缝区的机会,因而脱渣性相对较好。
     
      3.2焊接操作的影响焊接操作时,应保持短弧焊接和收弧,有利于防止裂纹和提篼脱渣率,焊条摆动时,会增加焊接线能量,使焊缝奥氏体柱状晶粗化倾向增大,热裂纹产生的倾向因而增大,因此,要尽量避免焊条摆动。
     
      收弧时。要采用短弧填满弧坑,以保证弧坑金属凝固时有足够的收缩量。为保险起见,打底焊弧坑用砂轮打磨。不得留有弧坑裂纹。
     
      多层焊时。须将上一层熔渣清理干净。方可焊接下一层焊道,因为40K焊条熔渣粘度大,不易上浮,而易造成焊缝夹S.碳弧气刨清根时,若气压低于。
     
      被碳弧熔化的焊缝金属含碳量高,不能马上被吹掉而滴落在焊道上。会引起缺陷,因此必须用砂轮对清根后的焊道迸行充分打磨,然后用着色探伤检无表面裂纹后,方可在反面进行填充L4」。
     
      2.4焊接工艺要点①焊接引弧后应采用返烧法消除引弧所产生的缺陷。②焊接过程中尽量保持短弧焊由瘅接过程中应采用直线运条法④多层焊时由于40K焊条熔渣粘度大,应仔细清理熔渣,以防焊缝夹淹,焊接接头相互错开50mm以上。⑤焊接过程中应严格控制层间温度在100C以下。⑥焊接收弧时,采用短弧填满弧坑熄弧点在焊缝中间,尽量远离母材,同时在再焊之前砂轮仔细打磨弧坑后,方可继续施焊。⑦焊条40k采取直流反接,邦碳棒清根。打底层采用小电流以减小熔合比,必须加弓丨、熄弧板。⑧焊接顺序:正面打底一道―填充至坡口2/34/5位置反面46碳棒根后砂轮打磨―着色探伤(仅25板对接)反面打底一道反面填充―正面盖面反面盖面。⑨碳弧气刨时,奸mm碳棒。电流为250~300A,气体压力为60.7MPa,必须配备专用的空压机保证空压不低于0.5MPa.清根后应用砂轮充分打磨渗碳层露出金属光泽,在1%着色探伤/(仅5=25板对接)检查无表面裂纹后方可进行反面填充。
     
      3结论YUS701的Cr、Ni当量相当篼,焊缝易产生热裂纹,采用八奥氏体)+<(铁素体)双相组织是防止焊接热裂纹的有效措施。但由于内最篼工作温度达12U0C.存在S相含量与焊接接头篼温性能之间的矛盾。突破不锈钢焊条按成份选择的传统做法,而选用篼碳高合金(40K)焊条使焊缝组织为/+(:,(——次碳化物)双相组织,既防止焊缝热裂纹,又可保证焊接接头的篼温性能。
     
      但焊接过程必须严格工艺措施,针对焊缝易产生裂纹,分别从焊接工艺参数、焊接操作、弧坑处理以及碳弧气刨后打磨清根等环节进行试验,对试板进行探伤和宏观断面分析,从而优选了工艺,制订了严格的工艺措施,使裂纹得到有效控制,产品按GB332387标准之ABI级,进行10%射线探伤。一次探伤合格率达95%,保证了产品质量、工期,按经试验后的工艺执行,裂纹完全能有效控制。中国钢管信息港产业讯息
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