壓力鋼管焊接變形控制

摘要 壓力鋼管是一種典型的焊接結(jié)構(gòu)，但是在焊接制造、焊接生產(chǎn)過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、拘束條件、以及壓力管道結(jié)構(gòu)不均勻相變、冷卻、加熱等原因，導(dǎo)致很容易就在焊接接頭內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)變形和瞬態(tài)熱應(yīng)力。本文首先分析了壓力鋼管焊接變形的主要影響因素及控制措施，其次，探討了控制壓力鋼管焊接變形的技術(shù)要求，提出了自己的建議和看法。

關(guān)鍵詞 壓力鋼管；焊接變形；技術(shù)要求

中圖分類號(hào) TG441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）122-0162-01

壓力鋼管是一種典型的焊接結(jié)構(gòu)，廣泛被應(yīng)用于市政建設(shè)、能源、化工、石油、水利水電工程等重要部門的結(jié)構(gòu)件。但是在焊接制造、焊接生產(chǎn)過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、拘束條件、以及壓力管道結(jié)構(gòu)不均勻相變、冷卻、加熱等原因，導(dǎo)致很容易就在焊接接頭內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)變形和瞬態(tài)熱應(yīng)力。尤其是焊縫橫向收縮會(huì)嚴(yán)重影響到壓力鋼管的安裝焊接性能。本文就壓力鋼管焊接變形控制進(jìn)行探討。

1 壓力鋼管焊接變形的主要影響因素及控制措施

1.1 主要影響因素

主要影響焊接結(jié)構(gòu)變形的因素有：①焊接方法。這個(gè)主要是反映在V與I的作用上，埋弧焊（SAW）的線能量大， 手弧焊（SMAW）的線能量較小，正相反性在回轉(zhuǎn)變形上表現(xiàn)得較為顯著。②坡口或者根部間隙。焊條金屬熔敷量W隨著坡口或者根部間隙的增大而增大，出現(xiàn)橫向收縮增大或者收縮變形的現(xiàn)象，坡口兩面角度比例有影響。③單位長(zhǎng)度焊條金屬熔敷量W或者線能量。收縮變形量與線能量是成正比的，而lgW越大，收縮變形量也就越大。④焊接順序。應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)集中熱作用的現(xiàn)象，應(yīng)力求熱作用應(yīng)該做到對(duì)稱、均勻、分散。

1.2 控制措施

按照壓力鋼管焊接的特點(diǎn)，以及焊接結(jié)構(gòu)變形對(duì)于壓力鋼管造成的影響，壓力鋼管焊接變形主要可以劃分為三種類型，分別是消除變形、容許變形、減小變形。

1.2.1 容許變形

因?yàn)橛幸恍┖附幼冃问潜厝话l(fā)生的，不能避免的，所以，壓力鋼管的一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題就是要有效地制定變形容限標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在長(zhǎng)期實(shí)踐和理論研究上，對(duì)于壓力鋼管焊接變形的可控程度和何種變形程度不會(huì)有害于壓力鋼管使用和安裝有了一定的研究基礎(chǔ)，也相應(yīng)地制定出了一些變形容限。對(duì)于這些容許變形，DL/T5017-2007《水利水電鋼壓力鋼管制造安裝驗(yàn)收規(guī)范》有著較為通用的規(guī)定。

1.2.2 減小變形

1）減小線能量

焊接接頭的波浪變形、角變形、縱彎（縱向收縮）、橫向收縮能夠通過(guò)減小線能量來(lái)進(jìn)行有效地防止，尤其是T形接頭的角變形和橫向收縮的效果最好。而壓力鋼管在焊接過(guò)程中，主要是橫向焊縫和縱向焊縫。因此，我們?cè)谶M(jìn)行壓力鋼管的施工過(guò)程中，應(yīng)該重點(diǎn)控制住焊接接頭的波浪變形、角變形、縱彎（縱向收縮）、橫向收縮，尤其是對(duì)于圓度控制而言，波浪變形和角變形是極為主要的。

當(dāng)線能量處于一定值的時(shí)候，我們?nèi)绻龃蟀搴瘭?，那么就?huì)造成收縮變形下降；但是存在一個(gè)難題，那就是壓力鋼管在焊接過(guò)程中必須要焊透， 隨板厚δ增大，線能量也會(huì)隨之而增大，也就是焊條金屬熔敷量W會(huì)增大，從而也會(huì)導(dǎo)致收縮變形量增大。另外，我們?cè)趯?shí)際焊接施工過(guò)程中，焊縫是很有可能需要局部返修，一次焊接是很難將壓力鋼管焊透，達(dá)到我們的要求，這樣也會(huì)導(dǎo)致板厚δ增大，這樣一來(lái)，收縮變形量就會(huì)不可避免地增大。所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)該盡量?jī)?yōu)化、充分考慮到板厚δ。

同時(shí)，在制作過(guò)程中務(wù)必要控制好坡口或者根部間隙造成的影響，制作時(shí)應(yīng)該在平臺(tái)平面度控制在2 mm的專用平臺(tái)下料開(kāi)坡口處進(jìn)行，下料尺寸、鋼板畫(huà)線務(wù)必要精確。還要特別注意控制鋼板卷制過(guò)程中卷板機(jī)卷輥軸心線和鋼板寬度中心線的垂直度，若事先已經(jīng)開(kāi)好縱縫的坡口，那么再開(kāi)坡口，那么間隙就隨之增加，那么必然需要重新修整坡口。若不垂直，那么，容易造成縱縫間隙過(guò)大，縱縫的修整工作量過(guò)多。

實(shí)際操作中，如果是薄板，縱縫往往在拼裝單件成圓時(shí)先將周長(zhǎng)方向多余部分割除，再開(kāi)坡口。這一方法雖然坡口間隙不大，但是用手工割除多余部分鋼板時(shí)，不可能很直，縱縫線性彎彎曲曲，極不規(guī)則，對(duì)于焊接變形、焊接質(zhì)量有不利影響。對(duì)于厚板結(jié)構(gòu)，當(dāng)圓半徑較小時(shí)，還是應(yīng)當(dāng)精確下料（預(yù)留縱向焊縫壓頭長(zhǎng)度），開(kāi)好橫向坡口，卷制成弧后利用半自動(dòng)切割機(jī)切除縱向焊縫多余部分并開(kāi)好坡口，然后進(jìn)行拼裝，這樣對(duì)焊接變形、焊接質(zhì)量影響最小。

2）自由收縮

在壓力鋼管焊接之前，應(yīng)該讓焊接后收縮變形與結(jié)構(gòu)反變形相互抵消，從而大幅度降低或者消除焊接變形，所以，我們應(yīng)該先焊縱向焊縫的內(nèi)側(cè)，然后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠囱b，讓基準(zhǔn)圓半徑略小于拼裝構(gòu)件的圓半徑，兩圓在焊接收縮后就會(huì)達(dá)到基本重合的狀態(tài)，角變形就會(huì)得到較好地消除。值得注意的是，由于板厚、管徑各異不同，那么兩圓的半徑可以由施工實(shí)踐中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出。

1.2.3 消除變形

目前主要有機(jī)械加壓矯正變形法和火焰加熱矯正變形法能夠?qū)⒁汛嬖诘暮附託堄嘧冃芜M(jìn)行有效地消除，這是經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐和理論研究得以證實(shí)的。

2 控制壓力鋼管焊接變形的技術(shù)要求

1）為了有效地降低壓力鋼管的收縮應(yīng)力和焊接變形，應(yīng)該采取定位焊點(diǎn)焊的方式，且為了大幅度降低對(duì)結(jié)構(gòu)變形不利的拘束和確保先焊接的部分可以自由收縮，壓力鋼管的焊接順序應(yīng)該從構(gòu)件受周圍約束較大的部位開(kāi)始，然后再逐漸地向約束較小的部位推進(jìn)。

2）焊件如果按照焊接工藝評(píng)定要求需要預(yù)熱的，那么應(yīng)該對(duì)其主縫和定位焊縫二處同時(shí)進(jìn)行預(yù)熱，焊接溫度務(wù)必應(yīng)該在焊接過(guò)程中得以保持。與主縫預(yù)熱溫度相比，定位焊縫預(yù)熱溫度相應(yīng)需要提高20～30℃左右。采用對(duì)加熱板進(jìn)行均勻加熱的方式來(lái)對(duì)主縫和定位焊縫預(yù)熱， 預(yù)熱區(qū)的寬度不小于100 mm，一般是在焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚左右，每條焊縫測(cè)量點(diǎn)不少于3對(duì)。焊接溫度務(wù)必要符合焊接工藝的規(guī)定，加熱能量務(wù)必要符合規(guī)范要求，如果沒(méi)有具體的規(guī)定，那么就應(yīng)該參照DL5017-93表6.3.12推薦值。

3）一旦對(duì)壓力鋼管的焊縫進(jìn)行焊接時(shí)，一定要保持連續(xù)性，不能在中途無(wú)故中斷。如果實(shí)在是由于特殊原因而不得不暫時(shí)中斷，那么也應(yīng)該采取相應(yīng)的防止焊縫開(kāi)裂的措施， 將其表面清理干凈，確認(rèn)焊縫區(qū)不存在任何的缺陷之后，再按原工藝進(jìn)行重新焊接。

4）參與壓力鋼管焊接的技術(shù)人員都應(yīng)該按照國(guó)家和行業(yè)相應(yīng)的法律法規(guī)，取得相應(yīng)的上崗資格之后才能夠施工。如果已有相應(yīng)的合格證，但是已經(jīng)連續(xù)有6個(gè)月以上時(shí)間沒(méi)有從事焊接工作者，不能允許其立刻上課，必須進(jìn)行重新考試合格之后才能夠上崗。焊接變形和焊接質(zhì)量都會(huì)受到焊接人員水平的直接影響。水平高超的焊工在執(zhí)行線能量范圍方面會(huì)更加堅(jiān)決、靈活，也可以大幅度降低焊縫返修次數(shù)與數(shù)量，從而減少焊接變形。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，壓力鋼管制作焊接變形控制是控制形位尺寸的一個(gè)重要因素。控制焊接變形主要是控制線能量，線能量應(yīng)由焊接工藝評(píng)估確定。

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