鍋爐鋼架焊接變形和焊接裂紋的預(yù)防措施

陳琦

【摘要】鋼架在焊接的過程當(dāng)中，最為重要的一個(gè)問題之一就是一定要防止鋼架出現(xiàn)焊接變形，影響鋼架出現(xiàn)變形的因素其實(shí)是非常多的，而且現(xiàn)場(chǎng)的情況比較復(fù)雜多變，因此在整個(gè)施焊的過程當(dāng)中，都必須要隨測(cè)隨正，依據(jù)實(shí)際的焊接情況，隨時(shí)變更焊接的順序，并且針對(duì)于出現(xiàn)變形的鋼架，需要及時(shí)的校正，最終才能夠得到一個(gè)最佳的結(jié)果。

【關(guān)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(jiǎn)介

本項(xiàng)目擬建設(shè)3臺(tái)（2用備）220t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐，配230MW抽背式汽輪發(fā)電機(jī)組，及其配套設(shè)施，總裝機(jī)容量60MW，并預(yù)留1爐1機(jī)擴(kuò)建場(chǎng)地，規(guī)劃遠(yuǎn)期全廠規(guī)模達(dá)到4爐3機(jī)。

本項(xiàng)目擬建廠址位于浙江省嘉興市海鹽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)杭州灣大橋新區(qū)，占地約100.89畝。本廠區(qū)的交通條件較好，廠址西側(cè)為海港大道，南側(cè)為西塘路，東側(cè)海灣大道和杭州灣環(huán)線高速，北側(cè)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(jīng)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(qū)。海鹽縣地理位置優(yōu)越，縣城武原鎮(zhèn)北距上海118km，南離杭州98km。海鹽杭州灣大橋新區(qū)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(jí)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(jù)海鹽縣水利局于城水文站的實(shí)測(cè)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(guó)家高程）50年一遇洪水位，2.71m（8 國(guó)家高程）鹽縣地處北亞熱帶南緣，是典型的東亞季候風(fēng)氣候。冬、夏季風(fēng)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(duì)濕度：81%，基本風(fēng)壓值：0.45kN/m2，基本雪壓值：0.45kN/m2，平均風(fēng)速：2.76m/s，本地區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向不明顯，最強(qiáng)的風(fēng)向?yàn)镋NE風(fēng)，出現(xiàn)頻率為12.3%;其次為ESE風(fēng)，出現(xiàn)頻率為，11.3%;全年靜風(fēng)頻率為1.7%。交通運(yùn)輸條件，本工程廠址的交通運(yùn)輸條件良好，交通便利，本工程重大件設(shè)備經(jīng)公路運(yùn)輸進(jìn)廠.

本工程為用地分為南區(qū)和北區(qū)，總用地面積為67260.4平方米，合100.89畝，其中北區(qū)用地面積為36939.5平方米，合55.41畝，南區(qū)用地面積為30320.9平方米，合45.48畝，本項(xiàng)目廠區(qū)規(guī)劃分為主廠房區(qū)、配電裝置區(qū)、水工設(shè)施區(qū)、廠前區(qū)、貯運(yùn)設(shè)施區(qū)等5個(gè)主功能區(qū)。

2、鍋爐鋼架焊接施工前的準(zhǔn)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(shù)人員在正式開始施工之前，需要向相關(guān)的人員進(jìn)行技術(shù)交底，并且深入的對(duì)于技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)以及監(jiān)督，需要參與到最重要的驗(yàn)收工作當(dāng)中，及時(shí)的將工程施工過程當(dāng)中所有的資料記錄下來。質(zhì)檢人員必須要有資格證書，負(fù)責(zé)整個(gè)工程的質(zhì)量檢查以及最終的驗(yàn)收評(píng)定。而焊接操作人員必須要取得相應(yīng)的資格證書，而且一定要經(jīng)過焊接考試才能夠真正的上崗作業(yè)，嚴(yán)格的按照相關(guān)的技術(shù)措施來對(duì)其進(jìn)行施焊處理，并且一旦出現(xiàn)了質(zhì)量問題的話，需要及時(shí)的報(bào)告給有關(guān)人員，焊接人員不能夠自己自行處理。

2.2焊接設(shè)備的要求

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

2.3勞動(dòng)力安排

在鍋爐鋼架安裝的過程當(dāng)中，需要配備好相應(yīng)的焊工以及鍋爐工和起重工等，每一個(gè)崗位都要負(fù)責(zé)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(chǎn)生的原因以及預(yù)防措施

3.1鍋爐鋼架焊接變形產(chǎn)生的原因

鋼架焊接是工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的一個(gè)非常重要的制造方法，現(xiàn)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(dú)特的特點(diǎn)，所以說在焊接的時(shí)候，勢(shì)必會(huì)容易引起變形的情況，如果我們沒有對(duì)鋼架的變形的原因進(jìn)行分析，并且對(duì)其提出有效的應(yīng)對(duì)對(duì)策的話，勢(shì)必會(huì)給生產(chǎn)帶來很大的影響。

在進(jìn)行焊接作業(yè)的過程當(dāng)中，焊接電弧主要是在兩個(gè)電極之間的氣體介質(zhì)當(dāng)中所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，電弧的產(chǎn)生首先是由兩級(jí)電路相互接觸所形成的短路，由于在接觸的過程當(dāng)中，接觸電阻跟短路電流產(chǎn)生了效應(yīng)，所以說導(dǎo)致兩個(gè)電極之間的接觸點(diǎn)出現(xiàn)了白熱狀態(tài)，然后把兩個(gè)電極拉開，電極之間的空間就會(huì)受熱，實(shí)現(xiàn)電離化，與此同時(shí)，陰極上面的高速度的電子會(huì)飛出撞擊空氣當(dāng)中的原子，并且把電子撞擊出來之后，就產(chǎn)生了離子以及自由電子，在電場(chǎng)的作用下，陰離子和陽離子會(huì)出現(xiàn)碰撞，陰離子以及自由電子會(huì)向陽極碰撞，在碰撞之后兩個(gè)電極之間就會(huì)出現(xiàn)高熱，并且放射強(qiáng)光。

電弧是由陰極區(qū)，弧柱以及陽極區(qū)共同構(gòu)成的，陰極區(qū)跟陽極區(qū)的溫度主要取決于電極的材料，一般來說，陰極區(qū)的溫度大約會(huì)控制在2400k至3500k之間，陽極區(qū)大約會(huì)控制在2600k-4200K之間，中間弧柱部分的溫度是三部分當(dāng)中最高的，大約可以達(dá)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(qū)，焊縫金屬主要是液態(tài)金屬，能夠迅速的冷卻，其中心點(diǎn)的溫度能夠達(dá)到2500℃以上，靠近焊縫的基本金屬在高溫作用下會(huì)產(chǎn)生一定的變化，這個(gè)區(qū)域我們統(tǒng)稱其為熱影響區(qū)，焊縫處的溫度是非常的高的，但一旦向外，溫度就會(huì)迅速的下降，熱影響區(qū)主要是包括正火區(qū)，不完全正火區(qū)，過熱區(qū)，不完全融化區(qū)等等，熱影響區(qū)的寬度在8～30mm之間，溫度會(huì)控制在500℃到1500℃之間，金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于在焊接過程當(dāng)中出現(xiàn)了不均勻的加熱以及冷卻，所以說會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，焊接變形就是因?yàn)楹附討?yīng)力的產(chǎn)生而造成的。雖然進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，不均勻的加熱會(huì)導(dǎo)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(qū)域的收縮，因而在冷卻之后會(huì)產(chǎn)生不同程度的內(nèi)應(yīng)力，就導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了各種各樣的變形的情況，金屬內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，也有可能會(huì)導(dǎo)致最終的焊接變形。

3.2防止焊接變形的主要工藝措施

預(yù)留焊接收縮量 。在進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，需要在組合時(shí)將比例尺一起設(shè)計(jì)的尺寸有意放大，具體的放大尺寸，需要結(jié)合組合具體的形式以及鋼構(gòu)架的質(zhì)量和鋼構(gòu)架的形式等來確定，一般來說，立柱組合的收縮量，每一個(gè)接口都需要留出來4mm左右，分片組合的結(jié)構(gòu)最好是能夠留出10mm，如果是整體鋼架組合的話，那么需要預(yù)留出5mm左右的收縮量，上半部分則需要預(yù)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(yù)留出3mm左右。

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

長(zhǎng)焊縫應(yīng)該采取分段退焊的辦法來對(duì)其進(jìn)行施焊處理，一般焊縫的長(zhǎng)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(guī)范，在焊接的過程當(dāng)中，一定要注意，如果是非對(duì)稱位置的話，那么更需要去觀察它的焊縫是否會(huì)出現(xiàn)問題，比方在立柱或者是橫梁上面進(jìn)行焊接的時(shí)候，就應(yīng)該采取小規(guī)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(jìn)行研究，在進(jìn)行立柱式的施焊的過程當(dāng)中，應(yīng)該由兩名焊工來進(jìn)行對(duì)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(shí)候，需要注意先焊立焊，然后再焊平焊，每一條焊縫都應(yīng)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(jìn)行四層的焊接，分片組合焊接以及整體組合焊接的過程當(dāng)中，也需要注意焊接順序的問題，另外，節(jié)點(diǎn)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?qū)τ谡麄€(gè)鋼架焊接的過程來說是非常重要的。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(dá)到控制整體變形的目標(biāo)，一般來說鋼性比較小的地方，它的收縮量會(huì)非常的大，橫梁或者是欄桿，如果兩頭同時(shí)進(jìn)行焊接的話，它的收縮量是比較大的，規(guī)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(dāng)中的規(guī)律以及多次施工之后的測(cè)量結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)總和，因此如果想要控制好變形的話，就應(yīng)該人為地去控制各個(gè)焊縫的收縮量，這樣就能夠達(dá)到控制整體變形的目的。

最主要的一點(diǎn)是要在施工的過程當(dāng)中，完全按照?qǐng)D紙來施工，尊重施工設(shè)計(jì)，焊接操作人員絕不能夠僅以自己的經(jīng)驗(yàn)完成施工操作。

在焊接的時(shí)候，首先應(yīng)該去焊接收縮量比較大的焊縫，比方說立柱接口當(dāng)中的四條縱向焊縫，因?yàn)樗氖湛s量非常的大，所以說在施工的時(shí)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(duì)的時(shí)候需要注意一點(diǎn)，一定要留夠橫向焊縫的對(duì)口間隙。

4、焊接裂紋產(chǎn)生的原因以及預(yù)防措施

4.1焊接裂紋產(chǎn)生的原因

焊接裂紋指的就是在進(jìn)行鋼材焊接的過程當(dāng)中由于焊接應(yīng)力以及其他的一些復(fù)雜的因素的影響下，導(dǎo)致焊接接頭中局部地區(qū)出現(xiàn)金屬原子遭到破壞而產(chǎn)生裂隙，焊接裂縫具有尖銳的缺口以及大的長(zhǎng)寬比特征，屬于焊接結(jié)構(gòu)當(dāng)中非常嚴(yán)重的一個(gè)焊接缺陷之一。

4.2焊接裂紋預(yù)防措施

在進(jìn)行鍋爐鋼架焊接的過程當(dāng)中，我們應(yīng)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(shí)候用錯(cuò)焊材，而且在進(jìn)行焊接的時(shí)候，必須要嚴(yán)格的按照相關(guān)的工藝要求來對(duì)其進(jìn)行施焊。

需要注意好焊材的品質(zhì)以及施工的工藝，包括保溫桶的使用等，也就是說我們?cè)谑┕さ倪^程當(dāng)中，要求操作人員必須要嚴(yán)格地執(zhí)行各項(xiàng)管理制度。

焊縫區(qū)域必須要專門派遣工作人員對(duì)其進(jìn)行認(rèn)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(fēng)防雨措施，除此之外，在施工的過程當(dāng)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(jìn)行施焊。

針對(duì)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(yīng)力的產(chǎn)生。

當(dāng)環(huán)境溫度比較低的時(shí)候，在施工之前，必須要采取預(yù)熱或者是緩冷的措施。

應(yīng)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(xiàn)裂紋源。

結(jié)語：

綜上所述 ，在本篇文章當(dāng)中，筆者主要就鍋爐鋼架在焊接過程當(dāng)中產(chǎn)生變形的原因以及預(yù)防方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討，同樣也針對(duì)于焊接時(shí)出現(xiàn)的裂紋的情況以及預(yù)防措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要的研究，焊接裂紋是焊接過程當(dāng)中非常嚴(yán)重的一種缺陷，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中而使其出現(xiàn)斷裂，所以說為了保證焊接的安全性和可靠性，必須要對(duì)其進(jìn)行研究和分析。

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