焊接變形分析及工藝控制措施

李澤艷

青海西礦杭蕭鋼構(gòu)有限公司 青海西寧 810021

1 高寒環(huán)境下焊接材料的選擇

在進(jìn)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(tài)下會(huì)出現(xiàn)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(huì)導(dǎo)致材料出現(xiàn)斷裂。AKV作為鋼材料低溫條件下的沖擊值，致使鋼材料出現(xiàn)缺口或者缺陷問題，在低溫條件下出現(xiàn)變形，對(duì)裂紋進(jìn)行拓展的一種敏感性能，是低溫韌性的一種反應(yīng)值，在選擇材料時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注低溫韌性的選擇。在焊接施工時(shí)，需要在足夠的低溫韌性條件下，選擇強(qiáng)度比較好的鋼材料，才能提高焊接的質(zhì)量[1]。在進(jìn)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(jìn)行制造的過程中，支座的材料選擇是非常重要的，因?yàn)橹ё牧系牡蜏仨g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(diǎn)

焊接變形是由焊接時(shí)不均勻加熱引起的，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接施工中，因?yàn)楹附舆^程中出現(xiàn)的熱源以及焊接熱循環(huán)等因素的影響，導(dǎo)致焊件出現(xiàn)了不均勻受熱的情況，在焊件之上就會(huì)形成不均勻的溫度地區(qū)，導(dǎo)致焊件出現(xiàn)了不均勻的膨脹以及收縮，促使焊件內(nèi)部構(gòu)成焊接應(yīng)力促使有形變的發(fā)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(guān)，通過不銹鋼鋼板焊接變?yōu)槠D(zhuǎn)脖頸，同時(shí)也是一種典型的薄板結(jié)構(gòu)，其形狀不規(guī)則，焊縫也有著不對(duì)稱的問題出現(xiàn)。在焊接過程中，易產(chǎn)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(diǎn)所形成的48．8°夾角，是需要控制的關(guān)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(shí)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(shí)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(shí)將原對(duì)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(yīng)力和變形。采取多層多道焊，前一道焊縫對(duì)后一道焊縫來說是一個(gè)“預(yù)熱”的過程，后一道焊縫對(duì)前一道焊縫來說相當(dāng)于一個(gè)“后熱處理”的過程，有效地改善了焊接過程中應(yīng)力分布狀態(tài)，利于保證焊接質(zhì)量。

3.1 局部增大剛性法

焊接偏轉(zhuǎn)蓋板時(shí)，兩端接口作為連接部位，需要對(duì)最終的尺寸精度進(jìn)行控制。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特性，焊蓋板時(shí)，在兩端內(nèi)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(dá)到減小變形的目的。

3.2 剛性固定控制變形法

焊接偏轉(zhuǎn)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(xù)保持壓緊固定狀態(tài)，使焊接殘余應(yīng)力慢慢釋放，減小板面焊接收縮變形。

3.3 火焰矯正法

應(yīng)用不均勻加熱可以促使結(jié)構(gòu)得到反向的變形對(duì)之前焊接變形進(jìn)行補(bǔ)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(diǎn)狀以及線狀加熱等等。加熱矯正可以及時(shí)將諸多施力矯正及時(shí)解決，合理控制火焰局部加熱導(dǎo)致變形規(guī)律則是控制矯正的關(guān)鍵以及核心，對(duì)于火焰矯正效果產(chǎn)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(jié)構(gòu)一般應(yīng)用了650～800度的溫度，最高不能高于900度。在應(yīng)用加熱矯正過程中，為了不斷提升矯正的效果，可以在進(jìn)行加熱中進(jìn)行外力矯正，在火焰矯正過程中，加熱點(diǎn)進(jìn)行冷卻有兩種形式，自然和水冷卻。應(yīng)用水火矯正可以促使結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的各種變形如（側(cè)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(shí)應(yīng)注意，同一部位加熱矯正不得超過兩次，火烤后應(yīng)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(shè)橫向通長加勁肋，可以在焊縫的兩邊應(yīng)用約束板進(jìn)行固定，約束板可以在鋼板焊縫的兩邊，在焊接施工結(jié)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(jù)現(xiàn)場焊接形式同臨時(shí)連接位置之間進(jìn)行靈活布置，可以以間距1m的約束板作為原則進(jìn)行設(shè)置。

3.5 其他措施

對(duì)板材進(jìn)行應(yīng)力消除：采用鋼板矯平機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行矯平處理，以達(dá)到對(duì)鋼板內(nèi)的應(yīng)力進(jìn)行釋放從而減小鋼板內(nèi)部的殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的影響效果。下料：下料時(shí)采用對(duì)同一零部件兩側(cè)同時(shí)加熱的方式進(jìn)行切割，防止因材料不均勻受熱發(fā)生變形。焊接前要對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度控制在80℃-120℃，采用紅外測溫儀進(jìn)行溫度測量，當(dāng)溫度達(dá)到要求后才能開始焊接并且要嚴(yán)格按照方案要求的順序進(jìn)行焊接。因十字柱翼緣板寬度較寬，為防止焊接時(shí)十字柱翼緣板產(chǎn)生側(cè)向變形，焊接前應(yīng)采用張緊器將十字柱四塊翼緣板頂緊，張緊器的結(jié)構(gòu)形式。施工時(shí)將張緊器沿鋼柱縱向方向每間隔1000mm布置一組，同時(shí)對(duì)雙面螺栓施加相同的力矩，使十字柱每塊翼緣板在各個(gè)方向的受力狀況保持平衡，從而約束因焊接而產(chǎn)生的應(yīng)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(gòu)件自然降溫至外界環(huán)境溫度時(shí)，方可撤去張緊器。

4 結(jié)語

在焊接過程中，焊接變形和焊接應(yīng)力的控制，要結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)構(gòu)件的受力情況、焊接工藝的選擇等具體參數(shù)，結(jié)合有效的焊接措施控制焊接變形。