焊接結(jié)構(gòu)件的變形控制分析

高保

（身份證號(hào)：1311271983****4394）

焊接還是一種安全性能要求非常高的先進(jìn)工藝。若焊接質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，其危害是毀滅性的。如四川重慶的綦虹橋和韓國(guó)的漢江大橋的突然斷裂，都是焊接質(zhì)量問(wèn)題，故焊接又是一項(xiàng)要求極為嚴(yán)格的科學(xué)技術(shù)。

一、鋼材與焊接材料的質(zhì)量控制

焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性程度，與材料的選擇和使用得當(dāng)與否密切相關(guān)。

(一)材料的焊接性：

材料的焊接性是決定結(jié)構(gòu)是否宜于焊接的先決條件，也是焊后及使用時(shí)結(jié)構(gòu)能否達(dá)到性能要求的條件。

用于制造焊接鋼結(jié)構(gòu)的常用鋼材主要是含碳≤0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，因此制作重要構(gòu)件前首先要檢驗(yàn)材料的合格性。檢查鋼材必要的力學(xué)性能、化學(xué)成分、表面及內(nèi)在質(zhì)量、金相組織等。對(duì)質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品，在領(lǐng)料后還應(yīng)進(jìn)行化學(xué)除銹（對(duì)銹蝕鋼材應(yīng)酸洗）或機(jī)械除銹（即噴砂處理），必要時(shí)在除銹后噴（涂）底漆。

(二)焊接材料：

焊接材料必須要有生產(chǎn)廠家出具的有效的質(zhì)量保證書(shū)。焊材庫(kù)管理人員必須按照J(rèn)B/T3233-96《焊接材料管理規(guī)程》保管和發(fā)放焊接材料。

二、焊接工藝的制定及組織實(shí)施

對(duì)于某個(gè)具體的產(chǎn)品，焊接技術(shù)人員要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定具體的焊接工藝。在制定焊接工藝前要確定有無(wú)相應(yīng)的或能覆蓋的焊接工藝評(píng)定，確定由持有何種資格項(xiàng)目的合格焊工施焊。

焊接工藝的參數(shù)及處理措施，一定要在工藝評(píng)定的范圍之內(nèi)，要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定合理的能減小焊接變形和焊接應(yīng)力的焊接順序。

（一）焊接工藝的選用

焊接工藝采用的恰當(dāng)與否，與焊接質(zhì)量緊密相關(guān)，它不僅包含焊接電流大小、焊條型號(hào)的選用，還包含合理的焊接順序、合理的焊接方法、焊接線能量的大小，這些都可以控制和減小拘束應(yīng)力，都能有效降低產(chǎn)生裂紋的傾向。

焊接應(yīng)力和變形，不僅可使焊接產(chǎn)品的質(zhì)量下降，使下一道工序無(wú)法順利進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使焊件報(bào)廢或造成事故，因此要盡量把焊接應(yīng)力和變形降到最低。具體可通過(guò)以下幾種方式得到解決：

1.防止焊接變形：

（1）正確選擇裝焊順序

焊接結(jié)構(gòu)變形的大小與其本身的剛性大小是成反比的，而焊接結(jié)構(gòu)的剛性是在裝配與焊接過(guò)程中逐漸加大的，結(jié)構(gòu)整體的剛性總是比零部件的剛性大，故在焊接鋼構(gòu)件時(shí)，應(yīng)盡可能先裝配成整體后再焊接。

（2）正確選擇焊接順序和焊接方向

一般先焊的焊縫易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，因結(jié)構(gòu)的剛性隨著焊接的進(jìn)行而加強(qiáng)，而先焊的焊縫結(jié)構(gòu)剛性較小，易產(chǎn)生變形。

（3）剛性固定法

鋼板對(duì)接焊時(shí)，因焊縫收縮不一，易出現(xiàn)角變形或接口錯(cuò)位，通常采用加“馬”來(lái)控制焊后變形。

“萬(wàn)花谷要是真的歡迎我們的話，就會(huì)讓我們坐上宇晴的鵬鳥(niǎo)，子虛烏有兩個(gè)老家伙也可帶我們走，最不濟(jì)是我們抓著棋盤(pán)的時(shí)候，他們?cè)偌訋追謨?nèi)力，讓棋盤(pán)飛得更遠(yuǎn)，我們撲通通摔到萬(wàn)花谷的隨便哪個(gè)山頭上。讓我們深更半夜來(lái)爬這個(gè)無(wú)窮無(wú)盡的山洞是什么意思？我們誠(chéng)心誠(chéng)意來(lái)，他們卻百般刁難。李離大爺不是給他們玩的！那些騎著驢子往山外趕路的瓦匠與捕快，都比我們要運(yùn)氣好。我們四支火把，已經(jīng)用掉了一支，現(xiàn)在往回走，還來(lái)得及?！?/p>

筒體和底板對(duì)接焊接時(shí)易出現(xiàn)錯(cuò)位，也可采取此法來(lái)處理。云南銅業(yè)股份有限公司的5000噸酸庫(kù)，其直徑為φ25000×25mm，其筒體和底板在組裝時(shí)，為了預(yù)防通長(zhǎng)焊縫的過(guò)大變形，在施焊前點(diǎn)焊了一些楔鐵，對(duì)其相鄰未焊的長(zhǎng)邊，也通過(guò)適當(dāng)點(diǎn)焊幾個(gè)楔形鐵控制其變形。

4反變形法

反變形法是在焊接前將焊件預(yù)制一個(gè)反變形，使這個(gè)變形與焊后變形恰恰相反、大小相等，從而達(dá)到抵消焊接變形的目的。

2.防止焊接應(yīng)力

焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程，冷卻后不僅使焊件產(chǎn)生了變形，而且在焊件內(nèi)部存在一定的焊接應(yīng)力，這對(duì)可焊性差的金屬或剛性較大的結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生裂紋，使其安全使用系數(shù)降低。

如大型容器的底板由許多鋼板拼接而成，可分為縱向、橫向焊縫。焊接時(shí)應(yīng)讓焊縫自由收縮，減小結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的約束力，從而減小焊接應(yīng)力。

底板的鋪設(shè)主要是保證底板的幾何形狀及尺寸符合要求，為此要認(rèn)真選擇排版方式和確定焊接順序。底板的排版方式通常有條字形排版、丁字形排版、人字形排版和“分塊”排版四種形式。人字形排版“分塊”排版可避免局部焊縫過(guò)于集中，使收縮較為均勻。罐底中輻板宜采用人字形排版法。直徑放大80～100mm。邊緣采用弓形板排版，直徑放大約80mm。

針對(duì)第一節(jié)壁板立縫和罐底與壁板連接的內(nèi)外角焊縫焊后收縮的現(xiàn)象，在組對(duì)第一節(jié)壁板時(shí)，預(yù)先將直徑放大20～25mm，焊接后罐壁直徑才基本符合設(shè)計(jì)要求。為了減小罐壁與底板連接處T字焊縫的焊后收縮變形，在鋪設(shè)罐底邊板時(shí)，適當(dāng)加大對(duì)接縫的預(yù)留間隙，由原設(shè)計(jì)的外緣6mm加大到8mm ，里緣由6mm 加大到14mm。底圈板與底板焊接時(shí)，內(nèi)側(cè)焊縫應(yīng)焊成具有圓滑過(guò)渡的不等邊角焊縫。

（2）加熱減應(yīng)法

在補(bǔ)焊塑性較差、剛性較大的鑄鐵件和鑄鋼件時(shí)，可用此法。其原則是減小焊接部位和焊件上障礙焊接區(qū)自由收縮部位之間的溫差。在冷卻時(shí)，這兩個(gè)部位同時(shí)收縮，減小了焊接區(qū)的應(yīng)力，防止了裂紋的產(chǎn)生。

3.焊接設(shè)備的正確選用

對(duì)于剛構(gòu)件的焊接，其應(yīng)力和變形的大小，有時(shí)和焊接設(shè)備的選用也有直接關(guān)系。對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，多應(yīng)優(yōu)先選用埋弧自動(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)焊。特別是在規(guī)范要求變形較小時(shí)，根據(jù)工藝要求，多使用CO2氣體保護(hù)焊。

在工程實(shí)施過(guò)程中，對(duì)于結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量控制的比較好的特殊案例，是2003年在云南銅業(yè)股份有限公司制作安裝的6臺(tái)100m2鈦換熱器。鈦換熱器作為一種特殊材質(zhì)的容器，其對(duì)工藝的要求是相對(duì)較高的。

（二）焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制體系

編制各項(xiàng)焊接質(zhì)量管理制度（或辦法）。如焊工培訓(xùn)考試和資格審查辦法；焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則；焊接工藝編制和審批辦法；焊接材料驗(yàn)收保管烘干及領(lǐng)用發(fā)放制度；焊接設(shè)備管理制度；產(chǎn)品試板制作管理辦法；焊縫返修管理制度；焊接檢驗(yàn)制度等。

焊接技術(shù)人員包括焊接檢驗(yàn)人員和焊接責(zé)任工程師，焊接檢驗(yàn)人員負(fù)責(zé)焊縫各項(xiàng)外觀檢查、無(wú)損探傷、理化試驗(yàn)等工作；焊接責(zé)任工程師全面負(fù)責(zé)焊接施工質(zhì)量。