焊接結(jié)構(gòu)件的變形控制分析

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焊接還是一種安全性能要求非常高的先進工藝。若焊接質(zhì)量出現(xiàn)問題，其危害是毀滅性的。如四川重慶的綦虹橋和韓國的漢江大橋的突然斷裂，都是焊接質(zhì)量問題，故焊接又是一項要求極為嚴格的科學技術。

一、鋼材與焊接材料的質(zhì)量控制

焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性程度，與材料的選擇和使用得當與否密切相關。

(一)材料的焊接性：

材料的焊接性是決定結(jié)構(gòu)是否宜于焊接的先決條件，也是焊后及使用時結(jié)構(gòu)能否達到性能要求的條件。

用于制造焊接鋼結(jié)構(gòu)的常用鋼材主要是含碳≤0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，因此制作重要構(gòu)件前首先要檢驗材料的合格性。檢查鋼材必要的力學性能、化學成分、表面及內(nèi)在質(zhì)量、金相組織等。對質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品，在領料后還應進行化學除銹（對銹蝕鋼材應酸洗）或機械除銹（即噴砂處理），必要時在除銹后噴（涂）底漆。

(二)焊接材料：

焊接材料必須要有生產(chǎn)廠家出具的有效的質(zhì)量保證書。焊材庫管理人員必須按照JB/T3233-96《焊接材料管理規(guī)程》保管和發(fā)放焊接材料。

二、焊接工藝的制定及組織實施

對于某個具體的產(chǎn)品，焊接技術人員要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點制定具體的焊接工藝。在制定焊接工藝前要確定有無相應的或能覆蓋的焊接工藝評定，確定由持有何種資格項目的合格焊工施焊。

焊接工藝的參數(shù)及處理措施，一定要在工藝評定的范圍之內(nèi)，要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，制定合理的能減小焊接變形和焊接應力的焊接順序。

（一）焊接工藝的選用

焊接工藝采用的恰當與否，與焊接質(zhì)量緊密相關，它不僅包含焊接電流大小、焊條型號的選用，還包含合理的焊接順序、合理的焊接方法、焊接線能量的大小，這些都可以控制和減小拘束應力，都能有效降低產(chǎn)生裂紋的傾向。

焊接應力和變形，不僅可使焊接產(chǎn)品的質(zhì)量下降，使下一道工序無法順利進行，嚴重時還會使焊件報廢或造成事故，因此要盡量把焊接應力和變形降到最低。具體可通過以下幾種方式得到解決：

1.防止焊接變形：

（1）正確選擇裝焊順序

焊接結(jié)構(gòu)變形的大小與其本身的剛性大小是成反比的，而焊接結(jié)構(gòu)的剛性是在裝配與焊接過程中逐漸加大的，結(jié)構(gòu)整體的剛性總是比零部件的剛性大，故在焊接鋼構(gòu)件時，應盡可能先裝配成整體后再焊接。

（2）正確選擇焊接順序和焊接方向

一般先焊的焊縫易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，因結(jié)構(gòu)的剛性隨著焊接的進行而加強，而先焊的焊縫結(jié)構(gòu)剛性較小，易產(chǎn)生變形。

（3）剛性固定法

鋼板對接焊時，因焊縫收縮不一，易出現(xiàn)角變形或接口錯位，通常采用加“馬”來控制焊后變形。

“萬花谷要是真的歡迎我們的話，就會讓我們坐上宇晴的鵬鳥，子虛烏有兩個老家伙也可帶我們走，最不濟是我們抓著棋盤的時候，他們再加幾分內(nèi)力，讓棋盤飛得更遠，我們撲通通摔到萬花谷的隨便哪個山頭上。讓我們深更半夜來爬這個無窮無盡的山洞是什么意思？我們誠心誠意來，他們卻百般刁難。李離大爺不是給他們玩的！那些騎著驢子往山外趕路的瓦匠與捕快，都比我們要運氣好。我們四支火把，已經(jīng)用掉了一支，現(xiàn)在往回走，還來得及。”

筒體和底板對接焊接時易出現(xiàn)錯位，也可采取此法來處理。云南銅業(yè)股份有限公司的5000噸酸庫，其直徑為φ25000×25mm，其筒體和底板在組裝時，為了預防通長焊縫的過大變形，在施焊前點焊了一些楔鐵，對其相鄰未焊的長邊，也通過適當點焊幾個楔形鐵控制其變形。

4反變形法

反變形法是在焊接前將焊件預制一個反變形，使這個變形與焊后變形恰恰相反、大小相等，從而達到抵消焊接變形的目的。

2.防止焊接應力

焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的過程，冷卻后不僅使焊件產(chǎn)生了變形，而且在焊件內(nèi)部存在一定的焊接應力，這對可焊性差的金屬或剛性較大的結(jié)構(gòu)，會導致其產(chǎn)生裂紋，使其安全使用系數(shù)降低。

如大型容器的底板由許多鋼板拼接而成，可分為縱向、橫向焊縫。焊接時應讓焊縫自由收縮，減小結(jié)構(gòu)在焊接時的約束力，從而減小焊接應力。

底板的鋪設主要是保證底板的幾何形狀及尺寸符合要求，為此要認真選擇排版方式和確定焊接順序。底板的排版方式通常有條字形排版、丁字形排版、人字形排版和“分塊”排版四種形式。人字形排版“分塊”排版可避免局部焊縫過于集中，使收縮較為均勻。罐底中輻板宜采用人字形排版法。直徑放大80～100mm。邊緣采用弓形板排版，直徑放大約80mm。

針對第一節(jié)壁板立縫和罐底與壁板連接的內(nèi)外角焊縫焊后收縮的現(xiàn)象，在組對第一節(jié)壁板時，預先將直徑放大20～25mm，焊接后罐壁直徑才基本符合設計要求。為了減小罐壁與底板連接處T字焊縫的焊后收縮變形，在鋪設罐底邊板時，適當加大對接縫的預留間隙，由原設計的外緣6mm加大到8mm ，里緣由6mm 加大到14mm。底圈板與底板焊接時，內(nèi)側(cè)焊縫應焊成具有圓滑過渡的不等邊角焊縫。

（2）加熱減應法

在補焊塑性較差、剛性較大的鑄鐵件和鑄鋼件時，可用此法。其原則是減小焊接部位和焊件上障礙焊接區(qū)自由收縮部位之間的溫差。在冷卻時，這兩個部位同時收縮，減小了焊接區(qū)的應力，防止了裂紋的產(chǎn)生。

3.焊接設備的正確選用

對于剛構(gòu)件的焊接，其應力和變形的大小，有時和焊接設備的選用也有直接關系。對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，多應優(yōu)先選用埋弧自動焊、CO2氣體保護焊。特別是在規(guī)范要求變形較小時，根據(jù)工藝要求，多使用CO2氣體保護焊。

在工程實施過程中，對于結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量控制的比較好的特殊案例，是2003年在云南銅業(yè)股份有限公司制作安裝的6臺100m2鈦換熱器。鈦換熱器作為一種特殊材質(zhì)的容器，其對工藝的要求是相對較高的。

（二）焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制體系

編制各項焊接質(zhì)量管理制度（或辦法）。如焊工培訓考試和資格審查辦法；焊接工藝評定試驗實施細則；焊接工藝編制和審批辦法；焊接材料驗收保管烘干及領用發(fā)放制度；焊接設備管理制度；產(chǎn)品試板制作管理辦法；焊縫返修管理制度；焊接檢驗制度等。

焊接技術人員包括焊接檢驗人員和焊接責任工程師，焊接檢驗人員負責焊縫各項外觀檢查、無損探傷、理化試驗等工作；焊接責任工程師全面負責焊接施工質(zhì)量。