H型鋼埋弧焊焊接變形控制

肖虎，劉海峰，徐斌榮，張小龍

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司研究院，陜西 寶雞 721002）

H型鋼埋弧焊焊接變形控制

肖虎，劉海峰，徐斌榮，張小龍

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司研究院，陜西 寶雞 721002）

H型鋼在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生焊接變形，其幾何尺寸及焊接質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品整體質(zhì)量影響較大，分析了變形產(chǎn)生的原因，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際介紹了H型鋼的焊接變形控制措施。

H型鋼；埋弧焊；焊接變形；控制

0 引言

焊接H型鋼在我公司主要應(yīng)用于石油鉆機(jī)井架、底座、導(dǎo)軌等產(chǎn)品中，其作為受力基礎(chǔ)件，焊接H型鋼的幾何尺寸及焊接質(zhì)量很大程度上影響著整個(gè)產(chǎn)品的精度及組裝質(zhì)量。在采用埋弧焊工藝焊接H型鋼過(guò)程中，如果控制不嚴(yán)、焊接順序不合理、焊接方法不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，甚至難以矯正從而造成報(bào)廢。因此，在焊接H型鋼制造過(guò)程中需要采取合理的工藝措施，有效控制焊接變形。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，我廠所生產(chǎn)的焊接H型鋼多要求全熔透焊縫，為提高生產(chǎn)效率，采用免清根的埋弧焊焊接工藝，坡口形式為：雙面50°坡口，鈍邊3 mm，在型鋼組立機(jī)上組成H形，然后在船型位置按圖1所示焊接順序焊接成。焊接角變形情況如圖 1 所示（Δ1＞Δ2）。以 7 m 長(zhǎng) 400×400×14×20/Q345D規(guī)格的H型鋼為例，焊后翼板角變形Δ1≈8 mm，Δ2≈4mm，直線度為8mm。由于H型鋼矯正機(jī)僅能矯正翼板的平面度，無(wú)法矯正翼板與腹板的垂直度，因此在生產(chǎn)中需待機(jī)械矯正使翼板變形量較小一側(cè)與腹板垂直后，再沿H型鋼長(zhǎng)度方向按圖2所示位置線狀加熱進(jìn)行熱矯正，直至角變形達(dá)到工藝要求；采用三角形加熱法矯正撓曲變形。

熱矯正的缺點(diǎn)在于：1）熱矯正需要有豐富的矯形經(jīng)驗(yàn)，否則易出現(xiàn)多次矯正或“矯枉過(guò)正”的現(xiàn)象，尤其對(duì)于有撓度要求的工件，熱矯正角變形可能使撓度超差；2）不恰當(dāng)?shù)臒岢C正產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力可能與焊接內(nèi)應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力迭加，導(dǎo)致承載能力下降；3）熱矯正耗時(shí)耗力耗氣，增加生產(chǎn)成本。所以應(yīng)盡量避免沿長(zhǎng)度方向線狀加熱矯正角變形。

圖1 焊接變形示意圖（Δ1＞Δ2）

圖2 矯正位置示意圖

2 焊接變形原因分析

H型鋼翼板角變形由兩部分組成：翼板相對(duì)腹板產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)變形及翼板本身產(chǎn)生的相當(dāng)于平板堆焊引起的角變形［1］。對(duì)于免清根的全熔透雙面對(duì)稱坡口焊縫，較后焊?jìng)?cè)（焊道 3、4）而言，先焊?jìng)?cè)（焊道 1、2）翼板因剛性較差在焊接時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)變形，這是焊接后翼板兩側(cè)變形量不等的主要原因，故在機(jī)械矯正后需要增加熱矯正工序。

H型鋼撓曲變形主要由于工件裝配質(zhì)量差、焊接方法不當(dāng)?shù)仍蛟斐桑で冃沃饕捎诮亲冃卧诤缚p長(zhǎng)度方向逐漸增大，加上縱向收縮不均引起，只要提高裝配質(zhì)量、采用合理的焊接方向和焊接順序，即可將撓曲變形和扭曲變形控制在工藝要求的范圍內(nèi)。下面著重介紹角變形的控制措施。

3 焊接角變形控制措施

3.1 增加工藝板

采用埋弧焊工藝焊接H鋼時(shí)，按圖3所示點(diǎn)焊工藝板，工藝板的作用在于：可防止翼板相對(duì)于腹板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，減小角變形量，同時(shí)增加了結(jié)構(gòu)剛性［2］，可防止或減小H鋼產(chǎn)生扭曲變形。即當(dāng)施焊焊道“1”時(shí)，應(yīng)在焊道“3”側(cè)點(diǎn)焊工藝板，同理，當(dāng)施焊焊道“2”時(shí)應(yīng)在焊道“5”側(cè)點(diǎn)焊工藝板。在施焊其余焊道時(shí)，可不再點(diǎn)焊工藝板。

3.2 多層多道焊法

采取多層多道焊法，可減少熱量的集中輸入，對(duì)控制焊接變形較為有利。

3.3 優(yōu)化焊接順序

合理的焊接順序可減少焊接變形量。在焊接H型鋼時(shí)，應(yīng)采用交替焊法。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可采取圖3所示焊接順序施焊，與圖1焊接順序相比較，在焊接參數(shù)相同、焊接變形量基本相等的情況下可減少2次翻面，提高了生產(chǎn)效率。

圖3 焊接順序示意圖

3.4 冷加工方式清除定位焊縫

對(duì)于免清根的全熔透焊縫，定位焊縫必須清除，采用碳弧氣刨等熱加工方式，不僅增大坡口截面，降低接頭剛度，并且增加熱輸入量，對(duì)控制焊接變形不利，因此可采取砂輪打磨的冷加工方式清除定位焊縫。

3.5 選取合理的焊接參數(shù)

對(duì)于免清根工藝的全熔透焊縫來(lái)說(shuō)，打底焊非常重要。一般情況下，焊接件70%的變形量來(lái)自焊接接頭的第一道焊縫，即打底焊接，打底焊的熱輸入越小，焊后的變形量越小。因此打底焊應(yīng)在保證根部熔透的情況下選擇盡可能小的電流、電壓和較快的焊接速度［3］。生產(chǎn)中，打底焊縫應(yīng)在焊接工藝規(guī)程允許的范圍內(nèi)盡量采用小熱輸入焊接。連續(xù)焊接時(shí)，待焊處溫度不能高于焊接工藝規(guī)程規(guī)定的層間溫度的最大值。

采取以上措施，焊接材料采用φ4 H10Mn2 SJ101，按表1工藝參數(shù)焊接400×400×14×20/Q345D規(guī)格的H型鋼，翼板角變形Δ1≈Δ2≈4 mm，僅通過(guò)機(jī)械矯正即可達(dá)到工藝要求。

表1 H型鋼全熔透埋弧焊焊接工藝參數(shù)

4 結(jié)論

通過(guò)增加工藝板、采取合理的焊接方法等一系列行之有效的措施，可有效控制H型鋼焊接變形，降低機(jī)械矯正難度，避免熱矯正角變形現(xiàn)象，提高生產(chǎn)效率。

［1］賈安東.焊接結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］孟凡力.大型H鋼的焊接變形及其防止措施［J］.建筑機(jī)械，2001（8）：59-60.

［3］齊樂(lè)華.工程材料及成形工藝基礎(chǔ)［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

（編輯 明 濤）

TG44

A

1002-2333（2015）10-0276-02

肖虎（1985—），男，工程師，主要從事石油鉆采裝備鋼結(jié)構(gòu)件工藝設(shè)計(jì)工作。

2015-05-08