尾氣煙囪筒體環(huán)焊縫錯邊分析與對策

阮虹 劉利平 楊旭

【摘 要】煙囪筒體制作焊接時易發(fā)生錯邊。對產(chǎn)生原因進行分析并提出了具體控制措施，使得焊接質(zhì)量處于受控范圍內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】煙囪筒體；錯邊；原因；控制

川東某項目的煙囪筒體共3座，每座筒體高100m，規(guī)格為Ф2300mm×16mm/Ф2000mm×12mm，材質(zhì)為Q235A。筒體采用現(xiàn)場制作，先用鋼板卷制成短節(jié)，再將一定數(shù)量的短節(jié)組焊成段，每段兩端焊接法蘭，最后用法蘭將6段筒體組裝形成100米高的煙囪（圖1）。筒體的對接焊縫采用雙面焊的手工焊條電弧焊工藝。制作、檢驗、驗收標準為JB/T4710-2005《鋼制塔式容器》。根據(jù)標準要求，對接焊縫的錯邊應(yīng)≦3mm。

1.錯邊的危害

焊接錯邊是焊接變形中的一種，是指兩被連接工件相對位置發(fā)生變化。錯邊會在焊縫處產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，在錯邊處產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低了承載能力，同時對焊縫的外形美觀和尺寸精度造成影響。若錯邊超標，需要對其進行矯正，矯正工作復(fù)雜且費工費時，嚴重時甚至?xí)购讣Y(jié)構(gòu)報廢。本項目在制作過程中發(fā)現(xiàn)筒體有的環(huán)焊縫錯邊已超過標準要求的3mm，局部甚至超過了4mm。如不進行控制，勢必造成最后不能交工驗收。

2.產(chǎn)生原因

筒體環(huán)焊縫錯邊的產(chǎn)生受以下幾個方面的影響。

（1）筒體縱焊縫橫向收縮變形的影響?？v焊縫的橫向收縮變形，會引起筒體圓周方向尺寸的變化，當(dāng)變化不一致時將造成兩節(jié)筒體在組對時產(chǎn)生錯邊。橫向收縮量（△B）與坡口形式、坡口間隙、坡口角度、拘束度等因素有關(guān)。V形坡口的△B比X形坡口大；坡口間隙和角度越大，△B也越大。因此，如果同一節(jié)筒體中縱焊縫不同部位或者相鄰兩節(jié)筒體的縱焊縫所受的拘束度不同、坡口間隙或角度不同，會造成橫向收縮量不同，最終在環(huán)焊縫處產(chǎn)生錯邊。

（2）筒體縱焊縫角變形的影響。由于筒體縱焊縫在厚度方向的不均勻收縮，使焊縫發(fā)生角變形，在筒體上就表現(xiàn)為焊縫部位向圓心方向靠攏，產(chǎn)生變形（圖2）。雖然可以采用碾壓方法，利用圓盤形滾輪來碾壓焊縫及其兩側(cè)來進行矯正，但仍會存在一定的角變形，最終造成環(huán)焊縫組焊時在該處產(chǎn)生錯邊。

（3）筒體縱焊縫錯邊的影響。縱焊縫由于組對時產(chǎn)生錯邊（圖3），會造成環(huán)焊縫在組對時產(chǎn)生錯邊?？v焊縫錯邊對環(huán)焊縫錯邊的影響在丁字焊縫處最大。

（4）筒體環(huán)焊縫不均勻收縮變形的影響。環(huán)焊縫在焊接時由于焊接順序不合理、工裝卡具固定不穩(wěn)，會使焊縫產(chǎn)生不均勻收縮，造成筒體產(chǎn)生錯邊變形。工裝卡具固定不穩(wěn)可從兩方面影響錯邊：一方面，若卡具一側(cè)未將筒體夾緊，會使其導(dǎo)熱相對于另一側(cè)慢，造成熱輸入的不平衡，在焊縫收縮過程中產(chǎn)生錯邊；另一方面，卡具固定不穩(wěn)，減小了拘束度，不能阻礙筒體的變形。

（5）組對的影響?？v焊縫的組對間隙不同，會造成筒體圓周方向的尺寸不同，從而在環(huán)焊縫上產(chǎn)生錯邊。環(huán)焊縫組對時未對準就進行焊接將直接產(chǎn)生錯邊。

圖1 尾氣煙囪筒體制造簡圖

3.控制措施

（1）控制筒體縱焊縫橫向收縮變形引起的錯邊量。控制縱焊縫的橫向收縮，就是要控制坡口間隙、度數(shù)和拘束度。同一節(jié)筒體中縱焊縫不同部位和相鄰兩節(jié)筒體的縱焊縫的坡口間隙和度數(shù)應(yīng)基本一致；焊接工裝夾具需穩(wěn)固，數(shù)量足夠、位置均勻分布；點焊工藝嚴格按照工藝規(guī)程要求進行：需保證點焊焊縫數(shù)量、長度足夠，點焊位置需均勻分布。

圖2 筒體角變形 圖3 筒體縱焊縫錯邊

（2）控制筒體縱焊縫角變形。在筒體縱縫組對時進行反變形，即筒體兩邊向外形成一定的夾角（圖4）。同時，采用合理的焊接順序，當(dāng)焊接完正面的第一層、第二層后即對背面焊縫進行焊接，最后再焊接正面剩余的填充部分和蓋面部分（圖5）。

圖4 縱縫組對反變形

注：1、2、3…n表示焊接順序

圖5 縱焊縫的焊接順序

（3）控制筒體縱焊縫錯邊。在進行筒體縱焊縫組對時，需嚴格控制錯邊量，盡量將錯邊量減到最小。

（4）控制筒體環(huán)焊縫不均勻收縮變形。筒體環(huán)焊縫不均勻收縮變形可通過以下三個方面來控制。一是工裝卡具應(yīng)固定穩(wěn)。二是是工裝卡具數(shù)量要足夠且在筒體周向均勻分布。三是需合理安排焊接順序，采用對稱焊接。

（5）控制筒體組對。

A、下料時，縱焊縫坡口間隙部位表面應(yīng)平直。

B、縱焊縫組對間隙應(yīng)相同。

C、環(huán)焊縫組對時可在筒體內(nèi)部采用鋼管做剛性支撐（圖6），這樣不但保證了筒體的圓度，也增加了拘束度，減小了焊接變形。為了便于筒體圓度的測量，在筒體內(nèi)設(shè)置弧形板（圖7），弧形板的弧度與標準筒體的弧度相同。

D、在組對時局部錯邊超標的地方采用千斤頂，使坡口表面平齊。

E、同時也可通過使錯邊在圓周上均勻分布的方法來減小錯邊，錯邊量達不到要求的不允許進行焊接。

（6）當(dāng)錯邊量略有超標時，可將錯邊超標處進行打磨，使焊縫圓滑過渡。

圖6 筒體內(nèi)加支撐 圖7 筒體內(nèi)設(shè)置弧形板

4.結(jié)語

通過采取以上控制措施后，大大減小了筒體環(huán)焊縫的錯邊，使其都在標準要求的3mm內(nèi)，減少了因錯邊超標而需進行矯正的工作和時間，保證了筒體的質(zhì)量，有利于筒體的順利驗收。