漫談銲接變形的問題

銲接時,高溫的鐵水在凝固時收縮,導致構件變形,一直是所有鋼構從業人員頭痛的問題。所以一般構件生產完成,都要量測其變形量,若超過允許的公差範圍,就要做矯正的工作[1](照片1),嚴重時,甚至構件只能作廢。因此控制變形量,在工廠的製造品管上,佔有很重要的分量。

要控制變形,基本原則就要從減少內應力,或是給予足夠的束制,使其變形量能在可接受或控制的範圍。控制銲接變形的方式,大約可分為以下幾種:

第一:檢討銲接程序。當可預見或已發生較嚴重的銲後變形時,第一件事情,一定是檢討銲接程序書。例如修改接頭形式,無論是全滲透或半滲透的銲接,將單邊開槽改為雙邊開槽的方式,雖然有可能會增加成本,但常是減少變形很有效的方法。同時雙邊開槽,還有可以增加塑性變形能力、抵抗疲勞的好處。

第二:將單位銲接長度的入熱量降低。例如降低電流、加快移行速度、採用較小直徑銲條或較細的銲線。

第三:降低產生的內應力。例如提高預熱溫度、或銲後降低冷卻速率(照片2),或採用後熱方式,或將一次連續的銲接改以分段銲接方式來完成。另外,道間溫度(interpass
temperature)的控制,使下一道銲接前,溫度在一定溫度之下。此法不僅可降低熱應力,由於可以讓氫氣逸出,因此也能降低冷裂的問題[2]。

第四:平衡銲接的應力。採用左右兩側交互銲接,每銲一至兩道就交換的方法。

第五:將構件加以束制以防止變形。例如增加臨時性支撐(照片3),小型構件則可以使用夾具。

第六:降低銲材的規格。在一些應力較小的位置,可以改採強度低一些的銲條或銲線去銲接。低強度銲材,有較佳的變形伸展能力,因此能降低收縮時的應力。

上述的降低變形的方法,視情形,可採用一種或數種合併使用的方式。但很多時候變形量稍大,也可能純粹只是工人,未按照銲接程序書施銲的結果。例如未遵守預熱的規定,在很多工廠都是常發生的問題。只要加強品管的控管,有時就能有一定程度的改善。

構件變形,也因鋼鈑厚度而有差異。薄鋼鈑構件抵抗變形的能力低,應力稍微大一些,就可能導致整體的扭曲變形。因此,在結構安全無虞的情況下,應該盡可能減少薄鈑銲接的銲道量,或改用跳銲的方式,以減少變形。

參考文獻

1.劉澤山(104年)。「漫談鋼構件熱矯正」。技師報,第985期。

2.劉澤山(102年)。「淺談幾個與氫元素有關的電銲規定」。技師報,第866期。

3.劉澤山(107年)。「鋼結構施工」。

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照片1 銲接後構件變形

 

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照片2 銲接後蓋防火毯 降低冷卻速率

 

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照片3 增加臨時支撐

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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