焊接結構件的變形控制分析

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焊接還是一種安全性能要求非常高的先進工藝。若焊接質量出現問題，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量控制

焊接結構的質量和可靠性程度，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構是否宜于焊接的先決條件，也是焊后及使用時結構能否達到性能要求的條件。

用于制造焊接鋼結構的常用鋼材主要是含碳≤0.25%的碳素結構鋼、優質碳素結構鋼和低合金結構鋼，因此制作重要構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、表面及內在質量、金相組織等。對質量要求較高的產品，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廠家出具的有效的質量保證書。焊材庫管理人員必須按照JB/T3233-96《焊接材料管理規程》保管和發放焊接材料。

二、焊接工藝的制定及組織實施

對于某個具體的產品，焊接技術人員要根據其結構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。

焊接工藝的參數及處理措施，一定要在工藝評定的范圍之內，要根據產品的結構特點，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，都能有效降低產生裂紋的傾向。

焊接應力和變形，不僅可使焊接產品的質量下降，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

焊接結構變形的大小與其本身的剛性大小是成反比的，而焊接結構的剛性是在裝配與焊接過程中逐漸加大的，結構整體的剛性總是比零部件的剛性大，故在焊接鋼構件時，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構產生變形，因結構的剛性隨著焊接的進行而加強，而先焊的焊縫結構剛性較小，易產生變形。

（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，已經用掉了一支，現在往回走，還來得及。”

筒體和底板對接焊接時易出現錯位，也可采取此法來處理。云南銅業股份有限公司的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生了變形，而且在焊件內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構，會導致其產生裂紋，使其安全使用系數降低。

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，減小結構在焊接時的約束力，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。

針對第一節壁板立縫和罐底與壁板連接的內外角焊縫焊后收縮的現象，在組對第一節壁板時，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，內側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，減小了焊接區的應力，防止了裂紋的產生。

3.焊接設備的正確選用

對于剛構件的焊接，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。對于大多數結構，多應優先選用埋弧自動焊、CO2氣體保護焊。特別是在規范要求變形較小時，根據工藝要求，多使用CO2氣體保護焊。

在工程實施過程中，對于結構的焊接質量控制的比較好的特殊案例，是2003年在云南銅業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的容器，其對工藝的要求是相對較高的。

（二）焊接結構的質量控制體系

編制各項焊接質量管理制度（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放制度；焊接設備管理制度；產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量。