料倉焊接變形問題的原因及控制方法

蘆 雪 松

(中國寰球工程公司， 北京 100029)

料倉焊接變形問題的原因及控制方法

蘆 雪 松

(中國寰球工程公司， 北京 100029)

以鋁料倉的焊接變形問題為例，闡述了現場材料加工、設備制造的優缺點，分析了引起焊接變形的一些內在和外在因素，給出減低焊接變形的經驗工藝方法。同時，為保證現場材料加工制造質量，從材料過程控制角度，有針對性的提出了，原材料制造、運輸、保管、發放，到切割成材，焊接成型使用的鋁料倉現場制造的過程管理方法。

鋁料倉；焊接變形；質量過程控制

眾所周知，一般的大型設備是制造廠制作完成，直接運抵現場安裝。但是，有部分設備由于受制作的各種條件限制，需要直接放到現場進行加工制造。尤其有些對制造設備要求不高的材料和設備，對總包工程項目需求來說，現場進行加工制造是一個很好的選擇。

1 現場制造的典型例子以及優缺點

摻混、包裝料倉就是一個典型的現場制造設備，該類設備制造工藝不復雜，要求的制造條件和制造難度都不高。對工程項目而言，在現場加工制造有許多天然優勢，不僅節約許多運輸的時間成本和經濟成本，而且，大大降低了運輸過程的質量風險。其缺點就是，對加工過程質量的控制有一定風險，需要完善的過程控制程序和嚴格的監督。當工程項目進度提出要求，而監管人員又不到位時，加工人員的加工質量風險就會加大，他會因過于考慮進度因素而忽視工藝要求，并且難以保證以往的加工水平。

2 現場制造的質量問題及處理方法

為保證加工制造質量，現場加工制造的材料、設備需要有專門的監造部門進行專業的質量監督管理，保證制造方嚴格執行制造工藝，維持原有加工水平，保證最終設備的制造質量和使用功能。鋁料倉的基本材料為合金鋁板。與將制造好的料倉，整體作為大型設備從制造廠運輸到現場相比，將制造設備需要的鋁板運輸到現場進行現場制造，顯然要大大節約運輸的成本，也極大的保持了設備原始制造質量狀態，且能及時移交現場就位投入使用。當然，在現場復雜環境下，對其制造程中的全過程質量控制是保證設備安全合格投入使用的核心工作。

任何設備，材料的質量問題，并非檢查檢驗出來的，是產品生產制造過程中產生的。所以，對有的設備材料的全過程管理(質量控制)是保證提供合格設備、材料的根本途徑。

以鋁料倉制造為例。從原材料鋁板的加工制造以及運輸到現場，存儲保存，加工成型，焊接成設備各個環節都要進行管理。

2.1 運輸、存儲過程的質量管理

鋁板材料剛性較差，運輸過程中應注意，需有硬質梁進行支撐運輸，避免其產生大的不可逆的變形。如發生此類變形不僅大大影響其切割成型后的焊接質量，而且在一定程度上對其母材本身的機械性能有一定的減低。一般的金屬材料在一定的變形范圍內為彈性變形，去掉外力作用其會恢復原有形狀，這種彈性變形能力鋁板材料比普通鋼板要大，但是引起明顯彈性變形的初始外力值相對普通碳鋼板材要低的多（圖1）。如圖2所示，相同應力條件下（100 MPa）鋁板材（1號曲線-常溫）已經有明顯變形，但是鋼材幾乎沒有肉眼可以分辨的變形產生。同在200 MPa應力作用下，鋁板材已經產生較大塑性變形，普通鋼材仍為彈性變形可以恢復[1]。

圖1 Q235應力應變圖Fig.1 Q235 stress-strain diagram

圖2 合金鋁應力應變圖Fig.2 Aluminum alloy stress-strain diagram

在正常的搬運過程中，因多使用機械工具，其的所受外力作用較大，而引起鋁板產生塑性變形的外力值也比普通鋼板低的多，極易使鋁板材料產生明顯塑性變形。因此，在鋁板的搬運過程中應采取適當的剛性保護措施，避免較大變形，影響最終的材料使用功能和質量。另外，鋁板由于表面硬度低，運輸、保存過程中最外面鋁板表面應使用具有緩沖作用的硬性防護，避免移動過程中對其本體產生影響質量的不可逆損傷、劃傷。運抵現場的鋁板還應放置于有防雨設施的區域（棚庫）保存，絕對不能浸泡雨水中，避免鋁板自然氧化過程中因雨水浸泡產生不一致的表面形象，難以處理，最終影響成型后設備的外觀[2]。

2.2 加工制作過程的質量管理

現場加工制作的材料設備，根據工程項目的管理規定，需要有專業的第三方監造對其的制造過程和設備制造質量予以監督管理。以鋁料倉加工制造為例，在實際的制造過程中，需有詳細的加工工藝，同時更要有細致，可操作性強的檢查監督程序、方法。由于合金鋁板制成的料倉，其線性膨脹系數較大，在較高溫度影響下易發生較大變形。因此，做好各焊接部件在焊接過程中的焊接工藝（主要是根據結構合理安排焊接的順序），并嚴格執行，十分重要。若不能嚴格執行焊接工藝要求，將導致焊接后部件產生大變形，導致整個結構變形，無法與其他部件組對安裝（見圖3）。對應力較為集中的部位，在大變形的作用下，集中應力會得到釋放導致焊口撕裂，部件焊接失敗（見圖4）。個別情況下還會將主體母材的部分材料剝離，造成主體結構母材的缺損，嚴重影響主體結構強度，甚至徹底破壞整個料倉設備。[3]另外，如果在存放過程中因對板材支撐不當，產生一定的隱形變形，當切割后，焊接在主體上時，由于溫度的影響，也會使得隱形變形帶來的集中應力得到釋放，從而導致焊接部件變形的進一步擴大。

圖3 倉頂加強角鋁焊接變形Fig.3 Aluminum welding deformation of strengthen angle of warehouse roof

圖4倉頂加強角鋁點焊縫開裂Fig.4 Aluminum point welding crack of to strengthen angle of Warehouse roof

為保證焊接的成功，首先在板材切割加工成部件后，應將所有組對部件放置在相同溫度環境中一段時間（1個工作日）。焊接過程要嚴格執行焊接工藝，合理安排各部件焊接順序，抵消焊接溫度影響產生的應力釋放（從常溫到焊接高溫再到焊接完成后降為常溫的過程應力）[4]。

3 結 論

(1) 現場加工設備質量控制的關鍵

從上面鋁料倉現場制作發現的質量問題可以看到，問題的產生，最根本的是其材料本身的材料特性決定的。可以說，現場材料設備加工制造人員的水平，以及其能否嚴格執行工藝條件是保證設備最終制造質量的根本條件。建立程序清晰，監管到位的監造制度并嚴格執行，是工程項目中針對現場設備加工制造的有效管理辦法。

(2) 現場設備制造質量過程管理與材控專業的關系從材料控制角度來說，如果每一名材控人員能充分認識材料的特性，在材料運輸、保管、使用過程中能根據材料的特點，注意利用自然環境有利條件，減少甚至避免自然條件中的不利因素影響，嚴格按照程序文件執行對材料的過程管理，必然減少影響材料質量的人為因素，保證材料的原始質量狀態，為設備的現場加工制造提供出質量合格的材料，為做出合格的成品設備提供基本的質量保證[5]。

［1］王孟君，任 杰，黃電源，姜海濤.汽車用5182鋁合金板材的溫拉伸流變行為[J].中國有色金屬學報，2008，18:1-1.

［2］成大先.機械設計手冊[M]. 第四版.北京:化學工業出版社,2006:11-69.

［3］曾正明.機械工程材料手冊[M].第六版.北京:機械工業出版社,2004:5 74-578.

［4］劉鴻文.材料力學[M].第四版.北京:高等教育出版社,2005:36-40.

［5］歐陽柳章.材料管理[M].第一版.北京:冶金工業出版社,2008:5-12.

Analysis on Welding Deformation Problem of Aluminum Silo Equipments and Its Control Method

LU Xue-song
（China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation, Beijing 100029, China）

Taking the aluminum silo welding deformation as an example, advantages and disadvantages of field materials processing and equipment manufacturing were introduced, internal and external factors to cause welding deformation were analyzed, and some technological experience to reduce the welding deformation was put forward. At the same time, in order to ensure the quality of field materials processing, the processing management method about welding aluminum silo on site was proposed, including processing, transportation, storage, distribution and cutting of the material.

Aluminum silo；Welding deformation；Quality process control

TQ 050

A

1671-0460（2012）05-0474-03

2012-02-20

蘆雪松（1977-），男，北京人，工程師，碩士，2007年畢業于遼寧石油化工大學化工機械專業，研究方向：從事EPC項目的設備、材料全過程管理工作。E-mail：houchunyu8195@163.com。