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(xiàn)場材料加工、設(shè)備制造的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了引起焊接變形的一些內(nèi)在和外在因素，給出減低焊接變形的經(jīng)驗工藝方法。同時，為保證現(xiàn)場材料加工制造質(zhì)量，從材料過程控制角度，有針對性的提出了，原材料制造、運(yùn)輸、保管、發(fā)放，到切割成材，焊接成型使用的鋁料倉現(xiàn)場制造的過程管理方法。

鋁料倉；焊接變形；質(zhì)量過程控制

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

1 現(xiàn)場制造的典型例子以及優(yōu)缺點(diǎn)

摻混、包裝料倉就是一個典型的現(xiàn)場制造設(shè)備，該類設(shè)備制造工藝不復(fù)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(xiàn)場加工制造有許多天然優(yōu)勢，不僅節(jié)約許多運(yùn)輸?shù)臅r間成本和經(jīng)濟(jì)成本，而且，大大降低了運(yùn)輸過程的質(zhì)量風(fēng)險。其缺點(diǎn)就是，對加工過程質(zhì)量的控制有一定風(fēng)險，需要完善的過程控制程序和嚴(yán)格的監(jiān)督。當(dāng)工程項目進(jìn)度提出要求，而監(jiān)管人員又不到位時，加工人員的加工質(zhì)量風(fēng)險就會加大，他會因過于考慮進(jìn)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(xiàn)場制造的質(zhì)量問題及處理方法

為保證加工制造質(zhì)量，現(xiàn)場加工制造的材料、設(shè)備需要有專門的監(jiān)造部門進(jìn)行專業(yè)的質(zhì)量監(jiān)督管理，保證制造方嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝，維持原有加工水平，保證最終設(shè)備的制造質(zhì)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(shè)備從制造廠運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場相比，將制造設(shè)備需要的鋁板運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場制造，顯然要大大節(jié)約運(yùn)輸?shù)某杀荆矘O大的保持了設(shè)備原始制造質(zhì)量狀態(tài)，且能及時移交現(xiàn)場就位投入使用。當(dāng)然，在現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下，對其制造程中的全過程質(zhì)量控制是保證設(shè)備安全合格投入使用的核心工作。

任何設(shè)備，材料的質(zhì)量問題，并非檢查檢驗出來的，是產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的。所以，對有的設(shè)備材料的全過程管理(質(zhì)量控制)是保證提供合格設(shè)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(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，存儲保存，加工成型，焊接成設(shè)備各個環(huán)節(jié)都要進(jìn)行管理。

2.1 運(yùn)輸、存儲過程的質(zhì)量管理

鋁板材料剛性較差，運(yùn)輸過程中應(yīng)注意，需有硬質(zhì)梁進(jìn)行支撐運(yùn)輸，避免其產(chǎn)生大的不可逆的變形。如發(fā)生此類變形不僅大大影響其切割成型后的焊接質(zhì)量，而且在一定程度上對其母材本身的機(jī)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(nèi)為彈性變形，去掉外力作用其會恢復(fù)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(yīng)力條件下（100 MPa）鋁板材（1號曲線-常溫）已經(jīng)有明顯變形，但是鋼材幾乎沒有肉眼可以分辨的變形產(chǎn)生。同在200 MPa應(yīng)力作用下，鋁板材已經(jīng)產(chǎn)生較大塑性變形，普通鋼材仍為彈性變形可以恢復(fù)[1]。

圖1 Q235應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.1 Q235 stress-strain diagram

圖2 合金鋁應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.2 Aluminum alloy stress-strain diagram

在正常的搬運(yùn)過程中，因多使用機(jī)械工具，其的所受外力作用較大，而引起鋁板產(chǎn)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(chǎn)生明顯塑性變形。因此，在鋁板的搬運(yùn)過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膭傂员Ｗo(hù)措施，避免較大變形，影響最終的材料使用功能和質(zhì)量。另外，鋁板由于表面硬度低，運(yùn)輸、保存過程中最外面鋁板表面應(yīng)使用具有緩沖作用的硬性防護(hù)，避免移動過程中對其本體產(chǎn)生影響質(zhì)量的不可逆損傷、劃傷。運(yùn)抵現(xiàn)場的鋁板還應(yīng)放置于有防雨設(shè)施的區(qū)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(chǎn)生不一致的表面形象，難以處理，最終影響成型后設(shè)備的外觀[2]。

2.2 加工制作過程的質(zhì)量管理

現(xiàn)場加工制作的材料設(shè)備，根據(jù)工程項目的管理規(guī)定，需要有專業(yè)的第三方監(jiān)造對其的制造過程和設(shè)備制造質(zhì)量予以監(jiān)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(xì)的加工工藝，同時更要有細(xì)致，可操作性強(qiáng)的檢查監(jiān)督程序、方法。由于合金鋁板制成的料倉，其線性膨脹系數(shù)較大，在較高溫度影響下易發(fā)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(jù)結(jié)構(gòu)合理安排焊接的順序），并嚴(yán)格執(zhí)行，十分重要。若不能嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝要求，將導(dǎo)致焊接后部件產(chǎn)生大變形，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)變形，無法與其他部件組對安裝（見圖3）。對應(yīng)力較為集中的部位，在大變形的作用下，集中應(yīng)力會得到釋放導(dǎo)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(jié)構(gòu)母材的缺損，嚴(yán)重影響主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，甚至徹底破壞整個料倉設(shè)備。[3]另外，如果在存放過程中因?qū)Π宀闹尾划?dāng)，產(chǎn)生一定的隱形變形，當(dāng)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(yīng)力得到釋放，從而導(dǎo)致焊接部件變形的進(jìn)一步擴(kuò)大。

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

圖4倉頂加強(qiáng)角鋁點(diǎn)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(yīng)將所有組對部件放置在相同溫度環(huán)境中一段時間（1個工作日）。焊接過程要嚴(yán)格執(zhí)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(chǎn)生的應(yīng)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(yīng)力）[4]。

3 結(jié) 論

(1) 現(xiàn)場加工設(shè)備質(zhì)量控制的關(guān)鍵

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

(2) 現(xiàn)場設(shè)備制造質(zhì)量過程管理與材控專業(yè)的關(guān)系從材料控制角度來說，如果每一名材控人員能充分認(rèn)識材料的特性，在材料運(yùn)輸、保管、使用過程中能根據(jù)材料的特點(diǎn)，注意利用自然環(huán)境有利條件，減少甚至避免自然條件中的不利因素影響，嚴(yán)格按照程序文件執(zhí)行對材料的過程管理，必然減少影響材料質(zhì)量的人為因素，保證材料的原始質(zhì)量狀態(tài)，為設(shè)備的現(xiàn)場加工制造提供出質(zhì)量合格的材料，為做出合格的成品設(shè)備提供基本的質(zhì)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(xué)報，2008，18:1-1.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 第四版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:11-69.

［3］曾正明.機(jī)械工程材料手冊[M].第六版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:5 74-578.

［4］劉鴻文.材料力學(xué)[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(yè)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(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化工機(jī)械專業(yè)，研究方向：從事EPC項目的設(shè)備、材料全過程管理工作。E-mail：houchunyu8195@163.com。