焊接變形分析及工藝控制措施

李澤艷

青海西礦杭蕭鋼構有限公司 青海西寧 810021

1 高寒環境下焊接材料的選擇

在進行高寒焊接施工過程中，由于脆性斷裂等原因，鋼材料在低溫的狀態下會出現失效的問題。高原海拔3000米左右，最低氣溫不低于零下25度，鋼型材料一直處于低溫條件下，如果有足夠的缺口或者缺陷，都會導致材料出現斷裂。AKV作為鋼材料低溫條件下的沖擊值，致使鋼材料出現缺口或者缺陷問題，在低溫條件下出現變形，對裂紋進行拓展的一種敏感性能，是低溫韌性的一種反應值，在選擇材料時，應該重點關注低溫韌性的選擇。在焊接施工時，需要在足夠的低溫韌性條件下，選擇強度比較好的鋼材料，才能提高焊接的質量[1]。在進行材料選擇的過程中，非受壓元件材料的低溫韌性必須與焊接接頭的性能相匹配，在進行制造的過程中，支座的材料選擇是非常重要的，因為支座材料的低溫韌性要與受壓元件選擇相同的材料。

2 焊接變形分析及控制要點

焊接變形是由焊接時不均勻加熱引起的，在對鋼結構進行焊接施工中，因為焊接過程中出現的熱源以及焊接熱循環等因素的影響，導致焊件出現了不均勻受熱的情況，在焊件之上就會形成不均勻的溫度地區，導致焊件出現了不均勻的膨脹以及收縮，促使焊件內部構成焊接應力促使有形變的發生，比如說收縮、波浪、角、彎曲、扭曲變形等諸多問題，變形同焊件的尺寸、形狀、材料的物理性能、加熱條件等諸多因素相關，通過不銹鋼鋼板焊接變為偏轉脖頸，同時也是一種典型的薄板結構，其形狀不規則，焊縫也有著不對稱的問題出現。在焊接過程中，易產生收縮變形、彎曲變形、扭曲變形。而厚度尺寸56mm要求焊后大面平面度小于0．5mm，兩大面平行度小于1mm，及脖頸與測量點所形成的48．8°夾角，是需要控制的關鍵；一要合理安排工藝順序，如在采取焊后加工，消除焊接變形造成的誤差方面，考慮主體（包括各法蘭焊接）與脖頸分別先焊接成形，再加工主體上與脖頸焊接的25458方孔，然后將脖頸與主體焊接；二是在焊接時要采取工藝措施控制焊接變形。

3 控制焊接變形的措施

為了防止焊接變形，在焊接時首先要選擇合理的焊縫形式，其次選擇合理的焊接順序，盡量使焊縫自由收縮。工廠加工時將原對接V型坡口均改為K型坡口，焊接順序采用逐步退焊法和跳焊法，從而減少焊接應力和變形。采取多層多道焊，前一道焊縫對后一道焊縫來說是一個“預熱”的過程，后一道焊縫對前一道焊縫來說相當于一個“后熱處理”的過程，有效地改善了焊接過程中應力分布狀態，利于保證焊接質量。

3.1 局部增大剛性法

焊接偏轉蓋板時，兩端接口作為連接部位，需要對最終的尺寸精度進行控制。根據零件結構特性，焊蓋板時，在兩端內腔塞入支撐，并將法蘭安裝到位，這樣通過增大焊件局部的剛度，達到減小變形的目的。

3.2 剛性固定控制變形法

焊接偏轉蓋板，由于焊接截面積大，焊接冷卻后，容易變形。利用工裝夾具將其固定夾緊，并在施焊完畢后繼續保持壓緊固定狀態，使焊接殘余應力慢慢釋放，減小板面焊接收縮變形。

3.3 火焰矯正法

應用不均勻加熱可以促使結構得到反向的變形對之前焊接變形進行補償或者是抵消，加熱矯正法的加熱方法一般可以分為三角形、點狀以及線狀加熱等等。加熱矯正可以及時將諸多施力矯正及時解決，合理控制火焰局部加熱導致變形規律則是控制矯正的關鍵以及核心，對于火焰矯正效果產生直接影響因素的是加熱的位置以及溫度，低碳鋼以及普通合金焊接結構一般應用了650～800度的溫度，最高不能高于900度。在應用加熱矯正過程中，為了不斷提升矯正的效果，可以在進行加熱中進行外力矯正，在火焰矯正過程中，加熱點進行冷卻有兩種形式，自然和水冷卻。應用水火矯正可以促使結構矯正有著較好的效果，也可以促使校正量高于自然冷卻的矯正量[2]。比如：箱形柱焊接后產生的各種變形如（側彎）采用火焰加熱矯正，加熱溫度為600-800°C，加熱方式為線狀加熱和三角形加熱。加熱時應注意，同一部位加熱矯正不得超過兩次，火烤后應采用自然冷卻，不得用冷水澆，矯正至去除變形為止。

3.4 控制焊接的收縮變形

加設橫向通長加勁肋，可以在焊縫的兩邊應用約束板進行固定，約束板可以在鋼板焊縫的兩邊，在焊接施工結束后可以在焊縫完全冷卻變形后將約束板割除，其焊接約束板的可以依據現場焊接形式同臨時連接位置之間進行靈活布置，可以以間距1m的約束板作為原則進行設置。

3.5 其他措施

對板材進行應力消除：采用鋼板矯平機對鋼板進行矯平處理，以達到對鋼板內的應力進行釋放從而減小鋼板內部的殘余應力對構件的影響效果。下料：下料時采用對同一零部件兩側同時加熱的方式進行切割，防止因材料不均勻受熱發生變形。焊接前要對母材進行預熱處理，預熱溫度控制在80℃-120℃，采用紅外測溫儀進行溫度測量，當溫度達到要求后才能開始焊接并且要嚴格按照方案要求的順序進行焊接。因十字柱翼緣板寬度較寬，為防止焊接時十字柱翼緣板產生側向變形，焊接前應采用張緊器將十字柱四塊翼緣板頂緊，張緊器的結構形式。施工時將張緊器沿鋼柱縱向方向每間隔1000mm布置一組，同時對雙面螺栓施加相同的力矩，使十字柱每塊翼緣板在各個方向的受力狀況保持平衡，從而約束因焊接而產生的應力，有效降低了因焊接而引起的變形，從而減小鋼柱變形，張緊器裝配示意[3]。十字柱在胎具上焊接完畢，待構件自然降溫至外界環境溫度時，方可撤去張緊器。

4 結語

在焊接過程中，焊接變形和焊接應力的控制，要結合實際情況，依據構件的受力情況、焊接工藝的選擇等具體參數，結合有效的焊接措施控制焊接變形。