焊接变形分析及工艺控制措施

2019-11-28李泽艳

商品与质量 2019年42期

李泽艳

青海西矿杭萧钢构有限公司青海西宁 810021

1 高寒环境下焊接材料的选择

在进行高寒焊接施工过程中，由于脆性断裂等原因，钢材料在低温的状态下会出现失效的问题。高原海拔3000米左右，最低气温不低于零下25度，钢型材料一直处于低温条件下，如果有足够的缺口或者缺陷，都会导致材料出现断裂。AKV作为钢材料低温条件下的冲击值，致使钢材料出现缺口或者缺陷问题，在低温条件下出现变形，对裂纹进行拓展的一种敏感性能，是低温韧性的一种反应值，在选择材料时，应该重点关注低温韧性的选择。在焊接施工时，需要在足够的低温韧性条件下，选择强度比较好的钢材料，才能提高焊接的质量[1]。在进行材料选择的过程中，非受压元件材料的低温韧性必须与焊接接头的性能相匹配，在进行制造的过程中，支座的材料选择是非常重要的，因为支座材料的低温韧性要与受压元件选择相同的材料。

2 焊接变形分析及控制要点

焊接变形是由焊接时不均匀加热引起的，在对钢结构进行焊接施工中，因为焊接过程中出现的热源以及焊接热循环等因素的影响，导致焊件出现了不均匀受热的情况，在焊件之上就会形成不均匀的温度地区，导致焊件出现了不均匀的膨胀以及收缩，促使焊件内部构成焊接应力促使有形变的发生，比如说收缩、波浪、角、弯曲、扭曲变形等诸多问题，变形同焊件的尺寸、形状、材料的物理性能、加热条件等诸多因素相关，通过不锈钢钢板焊接变为偏转脖颈，同时也是一种典型的薄板结构，其形状不规则，焊缝也有着不对称的问题出现。在焊接过程中，易产生收缩变形、弯曲变形、扭曲变形。而厚度尺寸56mm要求焊后大面平面度小于0．5mm，两大面平行度小于1mm，及脖颈与测量点所形成的48．8°夹角，是需要控制的关键；一要合理安排工艺顺序，如在采取焊后加工，消除焊接变形造成的误差方面，考虑主体（包括各法兰焊接）与脖颈分别先焊接成形，再加工主体上与脖颈焊接的25458方孔，然后将脖颈与主体焊接；二是在焊接时要采取工艺措施控制焊接变形。

3 控制焊接变形的措施

为了防止焊接变形，在焊接时首先要选择合理的焊缝形式，其次选择合理的焊接顺序，尽量使焊缝自由收缩。工厂加工时将原对接V型坡口均改为K型坡口，焊接顺序采用逐步退焊法和跳焊法，从而减少焊接应力和变形。采取多层多道焊，前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程，后一道焊缝对前一道焊缝来说相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。

3.1 局部增大刚性法

焊接偏转盖板时，两端接口作为连接部位，需要对最终的尺寸精度进行控制。根据零件结构特性，焊盖板时，在两端内腔塞入支撑，并将法兰安装到位，这样通过增大焊件局部的刚度，达到减小变形的目的。

3.2 刚性固定控制变形法

焊接偏转盖板，由于焊接截面积大，焊接冷却后，容易变形。利用工装夹具将其固定夹紧，并在施焊完毕后继续保持压紧固定状态，使焊接残余应力慢慢释放，减小板面焊接收缩变形。

3.3 火焰矫正法

应用不均匀加热可以促使结构得到反向的变形对之前焊接变形进行补偿或者是抵消，加热矫正法的加热方法一般可以分为三角形、点状以及线状加热等等。加热矫正可以及时将诸多施力矫正及时解决，合理控制火焰局部加热导致变形规律则是控制矫正的关键以及核心，对于火焰矫正效果产生直接影响因素的是加热的位置以及温度，低碳钢以及普通合金焊接结构一般应用了650～800度的温度，最高不能高于900度。在应用加热矫正过程中，为了不断提升矫正的效果，可以在进行加热中进行外力矫正，在火焰矫正过程中，加热点进行冷却有两种形式，自然和水冷却。应用水火矫正可以促使结构矫正有着较好的效果，也可以促使校正量高于自然冷却的矫正量[2]。比如：箱形柱焊接后产生的各种变形如（侧弯）采用火焰加热矫正，加热温度为600-800°C，加热方式为线状加热和三角形加热。加热时应注意，同一部位加热矫正不得超过两次，火烤后应采用自然冷却，不得用冷水浇，矫正至去除变形为止。

3.4 控制焊接的收缩变形

加设横向通长加劲肋，可以在焊缝的两边应用约束板进行固定，约束板可以在钢板焊缝的两边，在焊接施工结束后可以在焊缝完全冷却变形后将约束板割除，其焊接约束板的可以依据现场焊接形式同临时连接位置之间进行灵活布置，可以以间距1m的约束板作为原则进行设置。

3.5 其他措施

对板材进行应力消除：采用钢板矫平机对钢板进行矫平处理，以达到对钢板内的应力进行释放从而减小钢板内部的残余应力对构件的影响效果。下料：下料时采用对同一零部件两侧同时加热的方式进行切割，防止因材料不均匀受热发生变形。焊接前要对母材进行预热处理，预热温度控制在80℃-120℃，采用红外测温仪进行温度测量，当温度达到要求后才能开始焊接并且要严格按照方案要求的顺序进行焊接。因十字柱翼缘板宽度较宽，为防止焊接时十字柱翼缘板产生侧向变形，焊接前应采用张紧器将十字柱四块翼缘板顶紧，张紧器的结构形式。施工时将张紧器沿钢柱纵向方向每间隔1000mm布置一组，同时对双面螺栓施加相同的力矩，使十字柱每块翼缘板在各个方向的受力状况保持平衡，从而约束因焊接而产生的应力，有效降低了因焊接而引起的变形，从而减小钢柱变形，张紧器装配示意[3]。十字柱在胎具上焊接完毕，待构件自然降温至外界环境温度时，方可撤去张紧器。