鍋爐鋼架焊接變形和焊接裂紋的預防措施

陳琦

【摘要】鋼架在焊接的過程當中，最為重要的一個問題之一就是一定要防止鋼架出現焊接變形，影響鋼架出現變形的因素其實是非常多的，而且現場的情況比較復雜多變，因此在整個施焊的過程當中，都必須要隨測隨正，依據實際的焊接情況，隨時變更焊接的順序，并且針對于出現變形的鋼架，需要及時的校正，最終才能夠得到一個最佳的結果。

【關鍵詞】鍋爐鋼架焊接;焊接變形;焊接裂紋

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、工程簡介

本項目擬建設3臺（2用備）220t/h高溫超高壓循環流化床鍋爐，配230MW抽背式汽輪發電機組，及其配套設施，總裝機容量60MW，并預留1爐1機擴建場地，規劃遠期全廠規模達到4爐3機。

本項目擬建廠址位于浙江省嘉興市海鹽經濟開發區杭州灣大橋新區，占地約100.89畝。本廠區的交通條件較好，廠址西側為海港大道，南側為西塘路，東側海灣大道和杭州灣環線高速，北側為東海大道和沈海高速，海鹽縣位于浙江省北部杭嘉湖平原，地處北緯30°21′到30°28′，東經120°43到121°02′，東瀕杭州灣，西南鄰海寧市，北連平湖市和秀洲區。海鹽縣地理位置優越，縣城武原鎮北距上海118km，南離杭州98km。海鹽杭州灣大橋新區位于杭州灣跨海大橋北堍，緊靠沿海大通道、01省道、乍嘉蘇高速公路和省六級航道（鹽平塘），近鄰上海、寧波和蘇州，距乍浦港7km，水陸交通便捷。

根據海鹽縣水利局于城水文站的實測資料，近100年的海鹽縣河道的水位如下：100年一遇洪水位2.83m（85國家高程）50年一遇洪水位，2.71m（8 國家高程）鹽縣地處北亞熱帶南緣，是典型的東亞季候風氣候。冬、夏季風交替明顯，四季分明。多年平均溫度：15.7℃，極端最高氣溫：38.1℃，極端最低氣溫：18.8℃，最熱月（7月）平均氣溫：28.5℃，最冷月（1月）平均氣溫：3.3℃，最大年降水量：1764.0mm，多年平均降水量：1173.3mm，平均相對濕度：81%，基本風壓值：0.45kN/m2，基本雪壓值：0.45kN/m2，平均風速：2.76m/s，本地區全年主導風向不明顯，最強的風向為ENE風，出現頻率為12.3%;其次為ESE風，出現頻率為，11.3%;全年靜風頻率為1.7%。交通運輸條件，本工程廠址的交通運輸條件良好，交通便利，本工程重大件設備經公路運輸進廠.

本工程為用地分為南區和北區，總用地面積為67260.4平方米，合100.89畝，其中北區用地面積為36939.5平方米，合55.41畝，南區用地面積為30320.9平方米，合45.48畝，本項目廠區規劃分為主廠房區、配電裝置區、水工設施區、廠前區、貯運設施區等5個主功能區。

2、鍋爐鋼架焊接施工前的準備以及條件要求

2.1焊接施工人員的資格以及要求

焊接技術人員在正式開始施工之前，需要向相關的人員進行技術交底，并且深入的對于技術進行指導以及監督，需要參與到最重要的驗收工作當中，及時的將工程施工過程當中所有的資料記錄下來。質檢人員必須要有資格證書，負責整個工程的質量檢查以及最終的驗收評定。而焊接操作人員必須要取得相應的資格證書，而且一定要經過焊接考試才能夠真正的上崗作業，嚴格的按照相關的技術措施來對其進行施焊處理，并且一旦出現了質量問題的話，需要及時的報告給有關人員，焊接人員不能夠自己自行處理。

2.2焊接設備的要求

施工場地的焊接設備必須要完成定期的檢查，而且在具體的使用之前，還應該確認焊接設備和所承擔的焊接工作是否是相適應的，如果并不相適應的話，需要換上相適應的設備才能夠開始施工。

2.3勞動力安排

在鍋爐鋼架安裝的過程當中，需要配備好相應的焊工以及鍋爐工和起重工等，每一個崗位都要負責自己的工作，這樣才能夠滿足施工的要求。

3、鍋爐鋼架焊接變形產生的原因以及預防措施

3.1鍋爐鋼架焊接變形產生的原因

鋼架焊接是工業生產當中的一個非常重要的制造方法，現在得到了非常廣泛的使用，但是鋼架的焊接是比較特殊的，擁有著非常獨特的特點，所以說在焊接的時候，勢必會容易引起變形的情況，如果我們沒有對鋼架的變形的原因進行分析，并且對其提出有效的應對對策的話，勢必會給生產帶來很大的影響。

在進行焊接作業的過程當中，焊接電弧主要是在兩個電極之間的氣體介質當中所產生的放電現象，電弧的產生首先是由兩級電路相互接觸所形成的短路，由于在接觸的過程當中，接觸電阻跟短路電流產生了效應，所以說導致兩個電極之間的接觸點出現了白熱狀態，然后把兩個電極拉開，電極之間的空間就會受熱，實現電離化，與此同時，陰極上面的高速度的電子會飛出撞擊空氣當中的原子，并且把電子撞擊出來之后，就產生了離子以及自由電子，在電場的作用下，陰離子和陽離子會出現碰撞，陰離子以及自由電子會向陽極碰撞，在碰撞之后兩個電極之間就會出現高熱，并且放射強光。

電弧是由陰極區，弧柱以及陽極區共同構成的，陰極區跟陽極區的溫度主要取決于電極的材料，一般來說，陰極區的溫度大約會控制在2400k至3500k之間，陽極區大約會控制在2600k-4200K之間，中間弧柱部分的溫度是三部分當中最高的，大約可以達到5000k-8000K之間。

焊接接頭主要包括兩部分金屬，分別為焊縫以及熱影響區，焊縫金屬主要是液態金屬，能夠迅速的冷卻，其中心點的溫度能夠達到2500℃以上，靠近焊縫的基本金屬在高溫作用下會產生一定的變化，這個區域我們統稱其為熱影響區，焊縫處的溫度是非常的高的，但一旦向外，溫度就會迅速的下降，熱影響區主要是包括正火區，不完全正火區，過熱區，不完全融化區等等，熱影響區的寬度在8～30mm之間，溫度會控制在500℃到1500℃之間，金屬結構內部由于在焊接過程當中出現了不均勻的加熱以及冷卻，所以說會產生焊接應力，焊接變形就是因為焊接應力的產生而造成的。雖然進行焊接的過程當中，不均勻的加熱會導致焊縫附近的溫度非常的高，而大部分金屬是不受熱的，所以說不受熱的金屬延遲了焊縫以及周邊區域的收縮，因而在冷卻之后會產生不同程度的內應力，就導致焊接結構出現了各種各樣的變形的情況，金屬內部會發生組織轉變，也有可能會導致最終的焊接變形。

3.2防止焊接變形的主要工藝措施

預留焊接收縮量 。在進行焊接的過程當中，需要在組合時將比例尺一起設計的尺寸有意放大，具體的放大尺寸，需要結合組合具體的形式以及鋼構架的質量和鋼構架的形式等來確定，一般來說，立柱組合的收縮量，每一個接口都需要留出來4mm左右，分片組合的結構最好是能夠留出10mm，如果是整體鋼架組合的話，那么需要預留出5mm左右的收縮量，上半部分則需要預留出10mm左右，頂部鋼架的主梁跟次梁之間的收縮量最好能夠預留出3mm左右。

使用對稱的方法來對其進行焊接。就以立柱組合作為例子，立柱組合在進行焊接的時候，每一個接口都需要進行八條焊縫的焊接，在焊接的時候，最好能夠安排兩名焊工針對于兩個對稱位置的焊縫進行同時的焊接，這樣能夠有效地避免出現彎曲或者是扭曲的情況。

長焊縫應該采取分段退焊的辦法來對其進行施焊處理，一般焊縫的長度如果超過了500mm的話，都需要使用分段的方法。

控制好焊接的規范，在焊接的過程當中，一定要注意，如果是非對稱位置的話，那么更需要去觀察它的焊縫是否會出現問題，比方在立柱或者是橫梁上面進行焊接的時候，就應該采取小規范多層焊的方法，注意好每一道焊接的順序，這樣才能夠控制好焊接的變形情況。

使用合理的施焊順序。仍然以立柱式為主進行研究，在進行立柱式的施焊的過程當中，應該由兩名焊工來進行對稱工作，其焊接的速度以及電流跟直徑都必須要保持一致，在焊接的時候，需要注意先焊立焊，然后再焊平焊，每一條焊縫都應該采取分段的方法，并且要求一層焊縫的所有焊縫全部焊接完畢之后，再進行四層的焊接，分片組合焊接以及整體組合焊接的過程當中，也需要注意焊接順序的問題，另外，節點板的雙面角焊縫同樣也存在著順序問題，總而言之，焊接的順序對于整個鋼架焊接的過程來說是非常重要的。

依據現場的具體施工情況，人為地加大或者是控制好焊接的收縮量，這樣能夠有效地達到控制整體變形的目標，一般來說鋼性比較小的地方，它的收縮量會非常的大，橫梁或者是欄桿，如果兩頭同時進行焊接的話，它的收縮量是比較大的，規范大，收縮量大，散熱效果比較差的，收縮量大，這些都是在焊接過程當中的規律以及多次施工之后的測量結果的經驗總和，因此如果想要控制好變形的話，就應該人為地去控制各個焊縫的收縮量，這樣就能夠達到控制整體變形的目的。

最主要的一點是要在施工的過程當中，完全按照圖紙來施工，尊重施工設計，焊接操作人員絕不能夠僅以自己的經驗完成施工操作。

在焊接的時候，首先應該去焊接收縮量比較大的焊縫，比方說立柱接口當中的四條縱向焊縫，因為他的收縮量非常的大，所以說在施工的時候需要先焊，把縱向焊縫焊接完畢之后，才能夠再去焊接橫向焊縫，在組對的時候需要注意一點，一定要留夠橫向焊縫的對口間隙。

4、焊接裂紋產生的原因以及預防措施

4.1焊接裂紋產生的原因

焊接裂紋指的就是在進行鋼材焊接的過程當中由于焊接應力以及其他的一些復雜的因素的影響下，導致焊接接頭中局部地區出現金屬原子遭到破壞而產生裂隙，焊接裂縫具有尖銳的缺口以及大的長寬比特征，屬于焊接結構當中非常嚴重的一個焊接缺陷之一。

4.2焊接裂紋預防措施

在進行鍋爐鋼架焊接的過程當中，我們應該盡量從源頭上控制好焊材的種類，這樣才能夠防止在焊接的時候用錯焊材，而且在進行焊接的時候，必須要嚴格的按照相關的工藝要求來對其進行施焊。

需要注意好焊材的品質以及施工的工藝，包括保溫桶的使用等，也就是說我們在施工的過程當中，要求操作人員必須要嚴格地執行各項管理制度。

焊縫區域必須要專門派遣工作人員對其進行認真的清理，尤其是需要將殘留的油漆以及一些污漬部分清理干凈。

注意使用防風防雨措施，除此之外，在施工的過程當中，最好使用短弧施焊的辦法，一般情況下不要使用跳弧方法來進行施焊。

針對于那些收縮量比較大的焊縫，必須要先處理，這樣才能夠有效的減小焊接應力的產生。

當環境溫度比較低的時候，在施工之前，必須要采取預熱或者是緩冷的措施。

應該有效地減少焊縫的缺陷，尤其是咬邊和條渣等缺陷，杜絕出現裂紋源。

結語：

綜上所述 ，在本篇文章當中，筆者主要就鍋爐鋼架在焊接過程當中產生變形的原因以及預防方法進行了簡單的探討，同樣也針對于焊接時出現的裂紋的情況以及預防措施進行了簡要的研究，焊接裂紋是焊接過程當中非常嚴重的一種缺陷，會導致應力集中而使其出現斷裂，所以說為了保證焊接的安全性和可靠性，必須要對其進行研究和分析。

參考文獻 ：

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