分析焊接锅炉钢架焊接变形的原因及控制措施

齐继玄

【摘 要】焊接锅炉钢架在安装过程中，为了保证安装精度，必须防止焊接时变形。本文分析了锅炉钢架焊接变形的原因，并针对这一现象提出了对应的控制措施，有效减小其焊接变形，既提高了锅炉焊接质量，同时降低了生产成本，为该产品制造提供了借鉴。

【关键词】锅炉钢架;焊接;变形;控制措施

虽然我国对锅炉钢架结构焊接的研究已经由来已久，对其焊接变形的规律及矫正方法也有了一套相对成熟的施工方案，但是相关的研究还仍然处在经验化阶段，没有比较科学的、定量的研究[1]。目前，我国锅炉钢架结构焊接施工方案大多依照经验制定，若事后发生焊接变形，就采用加热或冷拉的工艺处理，这必然会造成成本的增加和工期的延长。因此分析锅炉钢架焊接变形的原因，并找相对应的控制措施，从而提高焊接质量极其重要。

一、锅炉钢架焊接变形的原因

（一）焊接接头复杂

对于每台锅炉，其炉立柱的对接接头有三十多处，其焊接接头较为复杂，包括组合焊缝、塔接、角接、对接等各种形式的接头[2]。事实上，焊接接头的残余应变是影响焊接变形的最主要原因。

（二）焊接位置复杂

每台锅炉的焊接位置包括斜、仰、立、横、平等，其位置的不同，造成了焊接技术的差异，其焊接过程中残余应变也会各不相同，因此极易导致焊接变形。比如说，立柱不同位置的角接焊缝和对接焊缝不对称的残余应变会造成其弯曲变形，同时造成弯曲变形的另一重要原因是立柱对接节点两侧的支撑和重力作用。

（三）焊接结构复杂

锅炉的对接钢板尺寸不同，其结构较为复杂，焊缝集中处较多，极易产生较大的残余应力，焊接过程中容易产生较大的变形。地面组合时，只要能保证焊脚尺寸和点固焊缝的长度，立柱与横梁的（不论是否带拉条）连接处会由于自身结构原因产生较大的固定刚度（即拘束度），从而有效地阻止了焊接变形。由于立柱的翼板之间和腹板之间对接焊缝的横向残余应变和腹板和翼板之间的角焊缝的纵向残余应变，造成立柱对接节点处的纵向收缩变形和弯曲变形。

二、锅炉钢架焊接变形的的解决措施

（一）分析锅炉变形部位，得出其关键变形部位

从锅炉生产实际中出现的问题和钢架节点的焊缝分布方式着手，仔细分析了钢架整体安装焊接流程及钢架节点上焊缝的拘束度，寻找最容易产生焊接变形超标的部位[3]。在地面组合时，首先会成跨找正，当整体找正后方进行点固焊。因此，确保点固焊的强度，在正式焊接时，立柱与拉条、次梁或横梁的连接点就形成一个高刚度结构，该结构可以有效的避免焊接变形，从而保证这些节点的安装精度。立柱焊接发生在钢架整体找正之前，除非是制造了特殊夹持条件，否则焊接变形就难以控制。所以只有掌握了焊接变形控制的工艺要点，方能将焊接变形掌握在标准之内。

（二）运用焊接模拟仿真技术，定量化分析焊接变形

锅炉的焊接是一个及其复杂的过程，在这个过程中，材料会发生相变、高温熔化、冷却、凝固结晶等各种微观结构变化及缺陷的生成和消失，其涉及一系列复杂的冶金、化学和物理变化，才成为焊接成品。这个复杂的焊接工艺的形成来自于相关人员的经验积累，造成难以预计其优劣，故而会存在一些问题，如工作量较繁重、效率不高、对工艺设计人员要求较高等。没有应用仿真技术，只能依靠工作人员一次次的实验不同的工艺方法，在此基础上来优化方案。这个过程需要耗费大量的时间、财力、物力和人力，其直接影响制造质量和数量，甚至影响经济的发展。而锅炉焊接过程中仿真技术的应用，使得这些复杂的物理冶金参数，如相变、变形、应变和应力等，测量变的更为容易，改变了定量化分析的窘况，使得焊接这门工艺向着更为科学的方向发展。锅炉焊接中仿真技术的引用，能够更为高效的优化工艺参数，有利于设计更为合理的工艺流程，降低项目成本，并缩短项目工期。因此，应用先进的仿真模拟软件分析焊接工艺，必将成为现代化制造业发展的一个重要方向。

（三）施工前优化各种工艺参数和焊接顺序

在施工工艺制定阶段，采用焊接模拟仿真技术，在较为成熟的焊接工艺评定报告基础上，优化冷却条件、夹持条件、焊接顺序、焊接工艺参数等影响因素，可以有效地控制焊接变形量，从而避免焊接完成后再做加热矫正和机械矫正，节省了大量的经济成本和时间成本。在大型制造业中，精确地控制和预测焊接变形极其重要，为提高其效率，在设计和制定施工工艺阶段预制造过程中会出现的焊接变形，并对制造的每一步骤进行焊接变形分析，同时于生产中考虑到分段的变形量最小的确切的焊接余量。

（四）简化模型，避免复杂计算并减少时间

在实际生产中，焊接是一个瞬间、生成剧变温度场的复杂过程，涉及冶金作用和物理作用等复杂变化。如若采用三维瞬态模拟仿真技术，精确分析焊接应变及应力，同时分析焊接过程中逐步演化的趋势，物理建模时间耗费巨大，哪怕利用高性能计算机进行计算也是非常耗时的。如果紧抓焊接变形这個要点，利用固有应变法对模型进行了极大的简化，可以有效地节省生产中的时间成本、人工成本和经济成本。

结语

综上所述，由焊接锅炉钢架焊接接头复杂、焊接位置复杂、焊接结构复杂变形的原因，焊缝集中处较多，容易产生较大的残余应力，焊接过程中容易产生较大的变形。通过分析锅炉变形部位，得出其关键变形部位;然后运用焊接模拟仿真技术，定量化分析焊接变形;并在施工前优化各种工艺参数和焊接顺序;最后通过简化模型，避免了复杂计算，同时减少时间成本。从而得到钢结构焊接变形控制的关键工艺要点和施工原则，为今后的应用和研究提供参考。

参考文献：

[1]金纯，唐旭臣.略谈锅炉安装质量控制要点[J].山东工业技术，2017（06）：84.

[2]孙永辉，孙文琦.电站锅炉钢结构焊接质量控制探究[J].建材发展导向（上），2019，17（8）：94.

[3]王东志.电站锅炉空气预热器T型钢焊接变形控制[J].金属加工（热加工），2016（24）：42-44.

（作者单位：山东电力工程咨询院有限公司）