焊接的主要方法大全11篇

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關(guān)鍵詞： 長輸管道；焊接方法；安裝施工；管道質(zhì)量

長輸管道焊接方法對長輸管道制造質(zhì)量至關(guān)重要，關(guān)系到其使用可靠性、運行安全性。合理的選擇焊接方法和應(yīng)用相應(yīng)的焊接技術(shù)是保證長輸管道焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)長輸管道現(xiàn)場焊接特點和要求， 闡述了長輸管道現(xiàn)場焊接中的焊接方法及其生產(chǎn)現(xiàn)場使用情況， 對主要焊接方法的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 長輸管道現(xiàn)場施工條件對焊接要求

（1）流動性施工對焊接質(zhì)量的影響。長輸管道施工中的作業(yè)點隨施工進(jìn)度而不斷的發(fā)生變化， 所以對保證焊接質(zhì)量相對增加了難度。（2）長輸管道現(xiàn)場施工地形、地貌對焊接質(zhì)量有影響。長輸管道都會遇到多種地形、地貌， 其差異導(dǎo)致接管焊縫位置多樣化， 接口組對條件較差、焊縫間隙不易控制， 強制組對會產(chǎn)生較大約束應(yīng)力等都對焊接質(zhì)量有直接影響， 所以要因地制宜， 選擇不同的焊接方法來滿足工程需要。（3）氣候環(huán)境對焊接|量影響。風(fēng)、雨、溫度、濕度等自然環(huán)境也對焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。（4）全位置焊接工況條件較多， 施工場地狹窄，妨礙焊接操作的障礙物較多， 往往給施焊帶來不便。（5）機械化的焊接方法在現(xiàn)場適用性較差， 先進(jìn)的焊接技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用的限制因素較多。

2 長輸管材現(xiàn)場焊接的要求

2.1 長輸管材材質(zhì)對焊接方法的要求

目前長輸管道用鋼主要是碳鋼和低合金鋼。對于碳鋼管線的焊接可選焊接方法很多， 但對管線低合金鋼焊接方法選擇則要注意焊接熱能量的輸入。對于X70 及以下的管線鋼， 可選擇手工焊、半自動焊或全自動焊接， 而對于 X70 以上的管線鋼， 較多選擇手工焊或某些特殊的自動焊接方法， 因為目前還不能生產(chǎn)工藝性能和綜合力學(xué)性能較好的自保護(hù)焊絲。對于輸送高含硫、鹵離子的石油天然氣而采用雙相不銹鋼、INCONY 合金時， 精確控制焊接時的熱輸入量對焊接質(zhì)量至關(guān)重要， 如對于 SFA2205 雙相不銹鋼， 如果不能保證鐵素體含量在 25%～50%間， 將不能保證管道的耐腐蝕要求。自動焊因其焊接線能量可以精確控制而使其成為這類鋼管成型的首要選擇。

2.2 管材規(guī)格對焊接技術(shù)的要求

對于大直徑薄壁管道（δ≤8 mm）采用全位置下向焊四層道即可完成焊接， 能夠充分體現(xiàn)其快速的優(yōu)點， 并獲得高的焊接合格率。對于大直徑厚壁管道（δ>8 mm）采用下向焊需大量增加焊接層道時， 則可考慮下向與上向焊結(jié)合的復(fù)合型焊接工藝。小口徑薄壁管則可考慮采用氬弧焊打底， 手工焊填充、蓋面的方法。在條件受限制時（如野外作業(yè)、裝備水平、施工成本等）， 可采用焊條電弧焊方法。不銹鋼管應(yīng)考慮其防腐蝕能力要求， 最好選用 TIG 焊或焊條電弧焊。

3 長輸管道焊接方法技術(shù)和應(yīng)用

3.1 手工下向焊方法和應(yīng)用

手工焊接方法克服了在野外較差自然條件下使用設(shè)備復(fù)雜、操作不便的不足， 被廣泛應(yīng)用于長輸管道現(xiàn)場焊接尤其是大直徑薄壁長輸管道的焊接。目前普遍采用的手工焊接方法主要是手工焊條下向焊和手工鎢極氬弧焊。

3.1.1 焊條電弧焊下向焊方法和應(yīng)用

目前焊條電弧焊下向焊方法已經(jīng)成熟， 并廣泛應(yīng)用于管道工程建設(shè)當(dāng)中。焊條電弧焊下向焊方法主要有全纖維素型下向焊、混合型下向焊、復(fù)合型下向焊等三種類型。其焊接順序示意如圖 1 所示。（1）全纖維素型下向焊。全纖維素型下向焊是國內(nèi)外普遍采用的一種焊接方法， 主要應(yīng)用于鋼材為 X70 以下的薄壁大口徑管道的焊接。其焊接速度快， 根焊性能好， 焊縫射線探傷一次合格率高。在管道建設(shè)中有一些區(qū)域，如水網(wǎng)地帶環(huán)境， 自動、半自動焊接設(shè)備不能進(jìn)入的區(qū)域。該方法焊接質(zhì)量的保證關(guān)鍵在于打底焊時要求單面焊雙面成形， 仰焊位置時防止熔滴在重力作用下出現(xiàn)背面凹陷和鐵水粘連焊條。我國早期下向焊均采用全纖維素型電焊條。（2）混合型下向焊。混合型下向焊是指長輸管道現(xiàn)場組焊時， 采用纖維素型焊條打底焊、熱焊， 低氫型焊條填充、蓋面的手工下向焊方法。這種焊接方法主要用于鋼管材質(zhì)級別較高的管道和氣候環(huán)境惡劣、輸送酸性氣體極高的含硫油氣介質(zhì)管道的連接， 要求焊接接頭具有較好的低溫沖擊韌性的管道或者厚壁管道的焊接。通常的全纖維素型焊接方法難以達(dá)到管道接頭質(zhì)量要求， 而低氫型焊條的抗冷裂紋和沖擊韌性較纖維素型焊條要好， 但其熔化速度較慢。為保證管道力學(xué)性能符合要求， 同時盡可能的提高焊接速度， 因而選擇混合型下向焊方法。在 1996 年建設(shè)的陜京輸氣管道中首次采用了該方法， 取得了良好的焊接效果。（3）復(fù)合型下向焊。復(fù)合型下向焊是指根焊層和熱焊層采用下向焊方法， 填充、蓋面焊采用向上焊方法。其主要應(yīng)用于焊接壁厚較大的管道。與傳統(tǒng)的向上焊相比， 下向焊熱輸入低， 熔深較淺， 焊道較薄， 隨著鋼管壁厚的增加焊道層數(shù)也會迅速增加， 焊接時間和勞動強度將隨之加大， 單純的下向焊難以發(fā)揮其焊接速度快、效率高的特點。而打底焊、熱焊采用下向焊，填充焊與蓋面焊采用向上焊的復(fù)合型下向焊技術(shù)則可應(yīng)用兩種焊接方法的優(yōu)點， 獲得優(yōu)質(zhì)的管道焊縫質(zhì)量。在氣體保護(hù)半自動下向焊技術(shù)未應(yīng)用于管道建設(shè)之前， 大壁厚管道多采用復(fù)合型下向焊技術(shù)， 可大大提高生產(chǎn)效率。

3.2 半自動下向焊方法與應(yīng)用

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【分類號】：TU758.11

一、鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中的常見問題

1.1 焊接縫隙尺寸不合要求

導(dǎo)致焊接縫隙不合尺寸的主要原有有焊接的電流過小或者是過大，或者是運條的角度和速度不當(dāng)，以及構(gòu)件的焊條邊緣切割不平等，這些都是產(chǎn)生焊接縫隙尺寸不合要求的主要原因。

1.2 氣孔

焊接表面氣孔主要是指由于焊接過程中熔池中的氣體沒有全部溢出，但是由于熔池已經(jīng)凝固，在焊縫表面形成的孔洞。造成焊接表面出現(xiàn)氣孔的原因主要有以下幾點：焊接過程中沒有采取防風(fēng)措施，導(dǎo)致熔池混入氣體；焊接過程中對于焊接材料的烘焙不當(dāng)或是焊絲清理不干凈；熔池溫度不足導(dǎo)致凝固時間較短；采用氬弧焊時保護(hù)氣體流量控制不當(dāng)，造成保護(hù)效果差。

1.3 裂紋

焊接開裂主要是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接完成之后在焊縫位置出現(xiàn)了開裂，造成焊縫開裂的原因主要是由于焊口冷卻過程中熱應(yīng)力超過了材料強度造成的，開裂也是焊接工程施工中最為嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷問題[1]。造成焊接開裂的原因主要有以下幾方面：焊條材料質(zhì)量不合格，含硫或是含磷超標(biāo)；焊縫根部塑性不足，焊鋼的淬硬性強；熔池中存在低熔點的雜質(zhì)，造成焊縫凝固后的塑性以及強度降低。導(dǎo)致裂紋除了焊條自身質(zhì)量存在嚴(yán)重問題之外，還有定位點的準(zhǔn)確選擇，如果構(gòu)件上的定位點的設(shè)置比較少或者是測量過程中零件本身就存在著一些比較大的誤差，則會在組裝時發(fā)生難以組裝的狀況。另外對于那些本身厚度比較大的構(gòu)件，如果沒有進(jìn)行預(yù)熱的情況下再進(jìn)行焊接也很容易發(fā)生開裂的情況。

1.4 夾渣

夾渣主要是指在焊接工程施工過程中藥皮或是其他雜質(zhì)進(jìn)入熔池，熔池凝固之后造成焊縫中夾雜雜物的現(xiàn)象。造成焊接夾渣問題主要是有以下幾方面原因：焊件清理不干凈或是焊層間藥皮清理不干凈導(dǎo)致施工過程中雜物進(jìn)入熔池之中；焊接的角度、焊層厚度、焊接線能量以及焊接速度等控制不當(dāng)，導(dǎo)致熔池中熔化的雜質(zhì)未能及時浮出熔池凝固，造成夾渣問題的出現(xiàn)[2]。

1.5 局部發(fā)生的變形

發(fā)生局部變形首先是因為構(gòu)件自身有問題，比如構(gòu)件的剛性過小而容易導(dǎo)致收縮，另外是在進(jìn)行加工操作的過程中所出現(xiàn)的人員操作問題。最后是因為應(yīng)力集中釋放時布置的不夠均勻和焊接的放置不水平等一些所導(dǎo)致的焊接過程中的發(fā)生問題。

1.6 焊瘤

焊瘤是主要是因為產(chǎn)生了比較多的融化金屬流到了焊縫的周邊沒有溶化的母材之上的一種現(xiàn)象，焊流經(jīng)常會有夾渣或者是未溶合的的狀況產(chǎn)生，一般在衡晗、仰焊和立焊中比較常見。焊瘤的產(chǎn)生主要是和操作的不熟練以及運條的方法不恰當(dāng)有著一定關(guān)系，另外焊縫的間隙比較大也是導(dǎo)致焊瘤的重要原因[3]。

二、鋼結(jié)構(gòu)焊接中存在的問題的預(yù)防措施探討

2.1 對于焊縫的尺寸不符合要求的處理方法和預(yù)防措施

焊縫不符合要求在預(yù)防時最好是采取合適的破口形式或者是角度進(jìn)行裝配的間隙，對于那些大型的重要的破口最好是使用機械加工的模式，同時要根據(jù)裝配車間的變化情況，對運條的速度和角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如果存在焊縫的尺寸比較小應(yīng)該磨掉。在焊接施工中，鋼結(jié)構(gòu)焊接破口角度以及鋼結(jié)構(gòu)的裝配間隙應(yīng)該嚴(yán)格按照施工圖紙來執(zhí)行。在進(jìn)行焊接施工作業(yè)之前應(yīng)該將焊件的坡口打磨清理干凈，清理污物以及雜質(zhì)[4]。

2.2 氣孔的處理措施和預(yù)防方法

在進(jìn)行施焊的時候?qū)τ谄驴趦蓚?cè)必須要清理干凈，另外要將焊條和焊劑依據(jù)規(guī)定進(jìn)行保溫和烘烤，同時采取相應(yīng)的防風(fēng)措施。在焊接過程中應(yīng)該注意控制焊接速度，并正確的掌握起弧、運條、息弧等操作技術(shù)。對于出現(xiàn)表面氣孔焊接缺陷問題，應(yīng)該采取機械打磨清除缺陷以及補焊的措施進(jìn)行處理。

2.3 對于裂紋的處理措施和預(yù)防方法

鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中預(yù)防裂縫的發(fā)生首先就應(yīng)該限制焊接材料中的一些有害物質(zhì)的含量，特別是磷和硫的含量要嚴(yán)格的進(jìn)行控制。另外對于焊劑和焊條在使用之前都需要依據(jù)要求進(jìn)行充分的烘干，同時對于焊絲上面的水分和油污也要去除干凈。另外，為了避免焊接開裂問題的發(fā)生，在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范，在施工過程中嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，合理的選擇焊接電壓以及焊接電流。在焊條的選擇上應(yīng)該選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的焊條，確保焊接材料雜質(zhì)少、干凈清潔，并做好施工前的烘焙。此外，采取小電流多層多道焊接的方式，也可以有效的控制焊縫裂紋的發(fā)生[5]。

2.4 夾渣的處理措施和預(yù)防方法

預(yù)防夾渣的產(chǎn)生時候要將焊層之間的熔渣進(jìn)行必要的清理，在進(jìn)行焊接的過程中適當(dāng)?shù)脑鰪姾附拥碾娏鳎斜匾臅r候可以縮短電弧，增加電弧所停留的時間。同時還要根據(jù)融化的情況來調(diào)整焊條的運條形式和角度來減少夾渣的產(chǎn)生。對于夾渣情況比較嚴(yán)重的焊接，可以選用氣弧刨刨掉，然后再重新的開展焊接。

2.5 局部變形的處理方法和預(yù)防措施

在進(jìn)行設(shè)計的時候就要盡力保證加工構(gòu)件的各個部分的焊縫布置均勻和剛度良好。另外要采取比較合理的焊接順序，最后，對于那些形狀不夠堆成的一些構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)逐步的進(jìn)行矯正之后再進(jìn)行必要的焊接組裝。對于已經(jīng)產(chǎn)生了局部變形的工件，如果變形不太大，則可以使用火烤的方法進(jìn)行矯正，但是如果變形的情況比較嚴(yán)重，則可以邊使用千斤頂邊烤的方法進(jìn)行矯正。

2.6 焊瘤的處理措施和預(yù)防方法

預(yù)防焊瘤的過程中應(yīng)當(dāng)盡力的使用短弧焊接的方法，焊接過程中注意電流的控制，適當(dāng)?shù)募涌旌噶鞯乃俣纫允沟萌鄢氐臏囟炔恢劣谔Ц撸瑫r要依據(jù)不同的焊接部位來對熔池的太小做好控制。為了避免鋼結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)焊瘤、凸出、凹陷等缺陷問題，在鋼結(jié)構(gòu)焊接工程施工中，應(yīng)該嚴(yán)格控制對口間隙，控制在2～3mm內(nèi)，對于對口間隙不均勻的焊口，應(yīng)該用機械打磨等措施設(shè)法修整到規(guī)定要求[6]。此外，應(yīng)該選擇合適的焊接線能量以及合適的焊接速度，控制熔池溫度在合適的范圍，避免熔池溫度過高。

三、結(jié)束語

焊接作為鋼結(jié)構(gòu)連接的主要形式，也是鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)施工中最為重要的施工環(huán)節(jié)，提高鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量水平，必須做好焊接施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。由于鋼結(jié)構(gòu)的焊接受材料、鋼結(jié)構(gòu)造型以及施工現(xiàn)場環(huán)境等多方面因素的影響，因此在焊接施工過程中，應(yīng)該對鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)進(jìn)行全面的分析，并強化焊接過程中的檢查管理，以提高焊接質(zhì)量，控制焊接變形，避免鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷問題的發(fā)生，提高鋼結(jié)構(gòu)焊接的整體施工質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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中圖分類號 TG4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2015）145-0036-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展的越來越普及。焊接技術(shù)在對其他材料進(jìn)行加工的過程中，具備著節(jié)省原材料、擁有很好地封閉性、工序簡單等優(yōu)點，而且還能夠制造出很多其它工藝技術(shù)不能完成的任務(wù)。但是，焊接也存在著一些問題，其中最主要的就是由于在焊接過程中出現(xiàn)溫度場而受熱應(yīng)變形成的殘余應(yīng)力。在日常調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，焊接殘余應(yīng)力會在很大程度上影響部件的承載力，所以，必須要想辦法消除焊接殘余應(yīng)力，提高部件焊接精度的同時，還能增加部件的承載力。

1 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

1.1 塑性壓縮造成的縱向殘余應(yīng)力

在焊接的過程中，由于溫度上的差距，焊縫及其周圍都會受到因熱膨脹和周圍溫度較低的金屬的拘束，從而產(chǎn)生壓縮塑性應(yīng)變。當(dāng)焊接完成之后，溫度驟減，母性材料就會制約著焊縫和近縫區(qū)域之間的收縮，這就在很大程度上導(dǎo)致了殘余應(yīng)力的存在。并且殘余應(yīng)力的范圍將會和高溫環(huán)境下造成的塑性范圍相一致，彈性拉伸區(qū)域和殘余拉應(yīng)力也是相對應(yīng)的。從這些都可以看出來，塑性壓縮就是造成焊接過程中縱向殘余應(yīng)力的主要

原因。

1.2 塑性壓縮的應(yīng)變導(dǎo)致的橫向殘余應(yīng)力

塑性壓縮的應(yīng)變，除了能夠說成是造成縱向殘余應(yīng)力的主要原因，同時也能理解為造成橫向殘余應(yīng)力的原因之一，但是造成橫向殘余應(yīng)力的主要原因是母材的收縮。當(dāng)對母材進(jìn)行焊接時，母材會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，并且當(dāng)焊接縫的金屬材料逐漸形成固體時，膨脹中的母材必定會受到壓縮，這種塑性壓縮是橫向收縮中的重要的一部分，焊縫自身那一小部分收縮僅僅只占到橫向收縮的十分之一左右。主要的橫向收縮那部分存在于焊接縫沿著焊縫軸線進(jìn)行切割后的中心區(qū)域，那才是拉應(yīng)力中的橫向應(yīng)力。

2 降低殘余應(yīng)力的對策

2.1 科學(xué)、合理的編排焊接順序

這樣做的主要原因就是要使得焊接時盡可能的讓焊縫自由的收縮，減少更多的外界影響因素。在這種合理的順序下，首先就是要焊一處收縮量相對比較大的焊接縫，保證焊接縫在自身結(jié)構(gòu)總體剛性相對較弱的情況下能夠自由的收縮，減少其他物質(zhì)的限制。接下來就是焊接一處互相錯開、互不影響的焊接縫，最后就是焊接直通的焊接縫。上面說的只是一般簡單的焊接，如果遇到相對較麻煩的焊接，比如交叉焊縫接頭，那就要按照一定的順序來進(jìn)行焊接。按照受力的大小進(jìn)行先后焊接，受力比較大的先進(jìn)行焊接，這樣合理的安排焊接順序，可以盡可能地避免各處焊縫受力不均的現(xiàn)象出現(xiàn)，確保了焊縫的科學(xué)、合理、有效的分布。

2.2 采用預(yù)熱緩冷法

采用該種方法主要就是為了減小焊接應(yīng)力，因為在焊接過程中，焊件自身會形成較大的溫差，溫差越大，焊接的應(yīng)力就會越大。采用預(yù)熱緩冷的方法，能夠一定程度上減小焊件的溫差，從而減小焊接的應(yīng)力。采用這種方法，一般情況下都會在焊接之前將焊件放入火爐中進(jìn)行加熱，在焊接的時候，要防止焊件迅速降溫，進(jìn)而降低焊縫和焊件其他部位之間的溫差，讓兩者之間膨脹系數(shù)相差不大，降低焊件的應(yīng)力。倘若不能夠?qū)⒄麄€焊件進(jìn)行預(yù)熱，也可以讓焊縫附近預(yù)熱，一樣不會影響該種方法的效果。但是，在預(yù)熱的過程中，一定要保證均勻預(yù)熱，溫度穩(wěn)定上升。在焊接完成之后，如果焊接部位的溫度沒達(dá)到600℃，要將其加熱到那個溫度，在進(jìn)行緩冷的步驟。

2.3 錘擊法

在經(jīng)過試驗后的效果顯示，焊接后的焊件經(jīng)過一定程度上的錘擊之后，焊縫附近殘余的應(yīng)力會降低。在那些離焊縫比較遠(yuǎn)的部位，經(jīng)過錘擊后，殘余的應(yīng)力依然存在。但是，如果沖擊能量不斷地增加，那么焊件的殘余應(yīng)力會不斷地減小，這種減小到了一定的程度時，也會減緩殘余應(yīng)力減小的速度。總之，錘擊法對于減小殘余應(yīng)力是一種確實可行而且效果明顯的方法，值得推廣。

3 消除殘余應(yīng)力的方法

3.1 熱處理的方法

這種方法對于焊件的性能有著至關(guān)重要的作用，它不僅可以消除殘余應(yīng)力，還能夠改進(jìn)焊接接頭的性能。熱處理方法就是在焊件還處在高溫條件下的時候，去降低屈服點和蠕變現(xiàn)象，從而實現(xiàn)去除殘余應(yīng)力的一種方法。這種方法分為兩個步驟，首先就是總體熱處理，其次是局部熱處理。在總體熱處理的過程中，加熱的溫度和保溫時間和加熱以及冷卻速度都會影響到去除焊接殘余應(yīng)力的效果。這幾個因素里面，最重要的也是最難以控制的就是保溫時間，因為它的計算受到很多因素的影響，而且知道時間也要通過人工去控制，這就造成了很大的不確定性和產(chǎn)生誤差的可能。一般情況下，一毫米厚就要一到兩分鐘，但是，時間又要被控制在30分鐘到3小時之間。在局部熱處理的過程中，一般只能降低殘余應(yīng)力的峰值，而不能直接消除殘余應(yīng)力。但是對于消除殘余應(yīng)力的過程起到了無可替代的作用，所以局部熱處理還是需要的一個步驟。在采用熱處理的方法時，加熱的方法主要有電加熱和火加熱兩種，而且消除殘余應(yīng)力的效果和加熱范圍的關(guān)系很大，所以一般需要大范圍的加熱才能達(dá)到較好的效果。

3.2 加載的方法

加載的方法，目的就是為了使得焊接縫周圍形成的壓縮塑性變形和焊縫周圍的拉伸塑性變形兩者形成抵消，從而讓應(yīng)力保持松弛狀態(tài)。它主要就是采用各種方法，在部件上制造一定的拉伸應(yīng)力，讓這個應(yīng)力來完成與壓縮塑性變形產(chǎn)生的力進(jìn)行抵消。在如何形成這種拉伸應(yīng)力的方法上有兩種：第一就是機械拉伸的方法，第二則是溫差拉伸的方法。機械拉伸法就是對部件進(jìn)行加載荷處理，讓焊縫區(qū)域形成塑性拉伸，這個塑性拉伸形成的力將會和已經(jīng)存在的那個壓縮塑變應(yīng)力達(dá)到抵消的作用，從而消除焊接過程中形成的殘余應(yīng)力。溫差拉伸法，主要就是利用了受熱膨脹的原理，來達(dá)到消除殘余應(yīng)力的方法。它的做法過程，顧名思義就是利用溫度差形成的力，讓焊縫兩側(cè)的金屬通過受熱膨脹后，往焊縫區(qū)進(jìn)行拉伸，逐漸的形成拉伸應(yīng)力，最后和那壓縮塑變應(yīng)力進(jìn)行抵消作用。這兩種拉伸方法都是采用抵消的原則，從而達(dá)到減小甚至消除殘余應(yīng)力的目的。

4 結(jié)論

在每次焊接工作之前，一定要將原件的性質(zhì)以及能承受的焊接條件進(jìn)行深度的考察、研究，合理、科學(xué)的制定焊接技術(shù)的安排。通過已經(jīng)考察好的東西，選擇合理、有效的焊接工藝程序，采取有效的措施，最終得到一個較好的焊接結(jié)果。在達(dá)到相關(guān)焊接質(zhì)量條件的同時，也在不斷的提高焊接技術(shù)，對以后的焊接技術(shù)領(lǐng)域做好一步一步的鋪墊。

參考文獻(xiàn)

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1導(dǎo)管架簡介

平臺由海底鋼樁來支撐，分為腿柱式、樁基式和群樁式。樁基式平臺的重要組成部分是導(dǎo)管架，是整個平臺的支撐部分。在陸地上通過鋼板的卷制，管件的組對焊接來形成框架結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管架根據(jù)支撐腿數(shù)不同分為1腿結(jié)構(gòu)，3腿結(jié)構(gòu)，4腿結(jié)構(gòu)，6腿結(jié)構(gòu)，8腿結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架。導(dǎo)管架還有立管，電纜護(hù)管靠船件等其他附件構(gòu)成。導(dǎo)管架的建造方式主要是焊接[1]。

2導(dǎo)管架建造

2.1導(dǎo)管架建造的兩種方法

導(dǎo)管架建造分為立式建造和臥式建造。兩種方法的特點如下：

（1）立式建造方式特點：

①導(dǎo)管架建造完成后托運簡單方便；

②附件可在地面和導(dǎo)管平面組裝，可以減少尺寸誤差并且也可以預(yù)防高空作業(yè)危險；

③施工地點靈活，可以幾處同時作業(yè)。

（2）臥式建造方式特點：

①托運，下水安裝難度大。

②焊接操作簡單，吊裝方便，安裝精度高；

③施工作業(yè)集中。

不管采用哪種方式進(jìn)行導(dǎo)管架建造，都要首先進(jìn)行分體建造，之后再吊裝焊接安裝。

2.2導(dǎo)管架建造結(jié)構(gòu)過程

3導(dǎo)管架焊接

3.1焊接概念

（1）焊接定義

國標(biāo)對焊接的定義是：焊接是通過加熱或加壓、或兩者并用，并且用或不用填充金屬，使焊件間達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。我們?nèi)粘Ｋ姷暮附樱瑢嵸|(zhì)是一種冶金過程，通過加熱使填充金屬和局部母材變?yōu)闉橐惑w。焊接過程中焊道液態(tài)金屬冷卻會使焊縫金屬產(chǎn)生收縮，這樣會使焊縫尺寸發(fā)生變化，因此會引起焊接結(jié)構(gòu)件尺寸的變化[2]。

（2）鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)中的變形

焊接鋼結(jié)構(gòu)時，在焊道兩側(cè)溫度很高，材料在不均勻受熱狀態(tài)下出現(xiàn)的變形稱之為焊接變形[3]。變形將引起鋼結(jié)構(gòu)件的外形變化。焊接變形的種類有縱向、橫向、彎曲、角、波浪和扭曲變形等多種形式[4]。導(dǎo)管架管件焊接變形一直是一個復(fù)雜的問題。破口形式、組對間隙、鋼板厚度和焊縫橫截面積是影響鋼結(jié)構(gòu)焊接收縮的主要因素[5] [6]。由行業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的在焊接過程中材料變形計算公式匯總，如下所示：[7]。

由以上公式可以算出理論收縮變形量，為實際提供理論依據(jù)。

3.2導(dǎo)管架管件焊接

由施工流程圖可知，導(dǎo)管架按焊縫位置不同由卷管縱縫焊接、管件接長環(huán)縫焊接、TKY組對焊接、拉筋組對焊接，導(dǎo)管架焊接方式如下：

（1）導(dǎo)管架卷管縱縫焊接

導(dǎo)管架卷管縱縫焊接是控制的重點之一，占總焊接量的30%。導(dǎo)管架縱縫焊接常采用埋弧焊、氣體保護(hù)焊和藥心焊絲保護(hù)焊，焊接坡口的形式主要有單V或雙V。

（2）卷管接長環(huán)縫的焊接

導(dǎo)管架焊接質(zhì)量控制的重中之重是環(huán)焊縫接長焊接，占到了焊接總量的50%。其焊接方法由卷管直徑，卷管壁厚，坡口角度等焊接方法決定。常用的焊接方法有埋弧焊，手工電弧焊和藥芯焊絲保護(hù)焊，

（3）TKY口組對焊接

TKY組對時有管徑相同，也有管徑不同的。單個管完成接長后，就要進(jìn)行花片，水平片，立片的預(yù)制，這時就是TKY口的組對焊接。使用手工電弧焊進(jìn)行打底焊接，氣體保護(hù)焊進(jìn)行蓋面焊接。導(dǎo)管架整體尺寸變形的主要原因是由TKY組對焊接引起的。

4、導(dǎo)管架焊接變形與結(jié)構(gòu)尺寸

只要焊接加工就一定會產(chǎn)生變形。從導(dǎo)管架建造流程我們可以看到，焊接是導(dǎo)管架建造的主要工藝，相應(yīng)的焊接變形伴隨著各道工序存在，單片焊接，片焊接和整體焊接都會影響導(dǎo)管架尺寸，其建造流程有單件、片焊接，卷管縱縫、卷管接長環(huán)縫焊接、TKY接頭焊接等[8]。在導(dǎo)管架建造過程中主要考慮的是管件焊接對導(dǎo)管架整體尺寸的影響。

（1）卷管縱縫焊接與結(jié)構(gòu)尺寸

有單V坡口焊縫橫向變形公式： ，雙V對接焊縫橫向收縮近似值及公式： ，可以得到焊縫橫向變形理論值y。

由導(dǎo)管架建造程序可知，要對導(dǎo)管架的管件周長、錯皮度及圓度進(jìn)行控制，錯皮度和圓度在卷制鋼管的過程中己經(jīng)得到了有效的控制，管件的周長主要由焊接橫向收縮變形引起的

（2）導(dǎo)管架環(huán)縫的焊接與結(jié)構(gòu)尺寸

單V焊縫橫向變形公式為： ，雙V焊縫橫向變形公式為： ，可以得到焊縫橫向收縮變形的理論值y。

5、導(dǎo)管架焊接優(yōu)化

焊接過程中的基本尺寸和要求規(guī)定的長度焊接公差都可以得到基本保證，但是隨著卷管的不斷接長，焊接時是我偏差將會不斷增大，這時按照TKY與卷管尺寸進(jìn)行正常焊接，會導(dǎo)致對接環(huán)縫和TKY焊道的重疊，這將違背建造標(biāo)準(zhǔn)。

5、導(dǎo)管架焊接優(yōu)化

焊接時第一個卷管環(huán)焊縫的焊接變形量為 ，第二個為 ，依次類推第 個為 ，第 處的累計變形就是 ，這樣累計變形 長度將會大于允許的公差，焊縫錯位的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，最后會出現(xiàn)焊縫重疊情況。

5.1卷管接長焊接優(yōu)化

方法如下：

（1）根據(jù)卷管壁厚和所開坡口計算橫向變形量為y；

（2）由橫向變形量y，焊接時每一段卷管都留出補償量Y，Y的大小通常為2mm到10mm。

（3）管件接長順序優(yōu)化，每兩個管節(jié)接長為一節(jié)，再把兩個管節(jié)接長后看成一節(jié)，之后再按照兩個管節(jié)對接，直到接長完成。如果要進(jìn)行管件的接長，按照如下方法進(jìn)行：先將1、2接長，3、4接長；1、2接長的管段再與3、4接長的管段進(jìn)行接長，依次焊接形成一個完整長度的管段。

5.2立式建造和臥式建造對施工的影響

為保證焊縫位置正確，所有管件接長采用雙節(jié)法，每兩段進(jìn)行焊接，計算焊縫收縮量，并且預(yù)留出補償量，保證其焊接變形量和管件長度尺寸。以達(dá)到卷管環(huán)縫和TKY組對接口不會重疊。

使用傳統(tǒng)方法建造導(dǎo)管架： ，變形總量與經(jīng)驗補償量差值不為零；使用雙節(jié)法建造導(dǎo)管架： ，變形總量與經(jīng)驗補償量差值為零。

工期：單根管件長102m導(dǎo)管架，單根管長為3m，則由34節(jié)單節(jié)組成，有33道環(huán)焊縫。如果單節(jié)管件的焊接工期為T，則臥式工期為33T，立式工期為5T，立式導(dǎo)管架將節(jié)約工期為33T-5T=18T，假如焊接一個環(huán)焊縫時間為1天，則可以節(jié)約工期為18天。

6、結(jié)論

通過對焊接理論收縮量的計算分析，在此基礎(chǔ)上對焊接施工進(jìn)行優(yōu)化，有效的保證了導(dǎo)管架尺寸，以及焊縫位置，并且節(jié)約了工期，有效的控制了成本并提高了施工質(zhì)量。

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[5]中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊：焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.1.

篇（5）

前言

激光是輻射的受激發(fā)射光放大的簡稱，由于其獨有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性，自誕生以來，其在工業(yè)加工中的應(yīng)用十分廣泛，成為未來制造系統(tǒng)共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高輻射強度的激光束，激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點的功率密度為104－107W／cm2，加工工件置于激光焦點附近進(jìn)行加熱熔化，熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強弱程度主要取決于激光作用材料表面的時間、功率密度和峰值功率。控制上述各參數(shù)就可利用激光進(jìn)行各種不同的焊接加工，這種焊接工藝在未來工業(yè)事業(yè)中將會得到廣泛的應(yīng)用與研究。激光焊接與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接尚存在設(shè)備昂貴，一次性投資大，技術(shù)要求高的問題，使得激光焊接在我國的工業(yè)應(yīng)用還相當(dāng)有限，但激光焊接生產(chǎn)效率高和易實現(xiàn)自動控制的特點使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。其中，激光焊接在汽車制造領(lǐng)域中的許多成功應(yīng)用已經(jīng)凸現(xiàn)出激光焊接不同于傳統(tǒng)焊接方法的特點和優(yōu)勢，也為許多大功率激光器制造商和激光焊接設(shè)備制造商提供了更為誘人的經(jīng)濟效益前景。

1.激光焊接的一般特點

激光焊接是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝，它與電子束等離子束和一般機械加工相比較，具有許多優(yōu)點：激光束的激光焦點光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點、高強度的合金材料；激光焊接是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào)，移動速度可調(diào)，可以多種焊接加工；激光焊接自動化程度高，可以用計算機進(jìn)行控制，焊接速度快，功效高，可方便的進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接；激光焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理；激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件；激光束易于導(dǎo)向、聚焦，實現(xiàn)各方向變換；激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng)，操作方便；激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益和社會效益好。

2.激光焊接工藝與方法

2，1雙／多光束焊接。雙／多光束焊接的提出最初是為了獲得更大的熔深和更穩(wěn)定的焊接過程和更好的焊縫成形質(zhì)量，其基本方法是同時將兩臺或兩臺以上的激光器輸出的光束聚焦在同一位置，以提高總的激光能量。后來，隨著激光焊接技術(shù)應(yīng)用范圍的擴大，為減小在厚板焊接，特別是鋁合金焊接時容易出現(xiàn)氣孔傾向，采用以前后排列或平行排列的兩束激光實施焊接，這樣可以適當(dāng)提高焊接小孔的穩(wěn)定性，減少焊接缺陷的產(chǎn)生幾率。

2.2激光－電弧復(fù)合焊。激光－電弧復(fù)合焊是近年激光焊接領(lǐng)域的研究熱點之一。該方法的提出是由于隨著工業(yè)生產(chǎn)對激光焊接的要求，激光焊接本身存在的間隙適應(yīng)性差，即極小的激光聚焦光斑對焊前工件的加工裝配要求過高，此外，激光焊接作為一種以自熔性焊接為主的焊接方法，一般不采用填充金屬，因此在焊接一些高性能材料時對焊縫的成分和組織控制困難。而激光一電弧復(fù)合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小變形的優(yōu)點，又具有間隙敏感性低、焊接適應(yīng)性好的特點，是一種優(yōu)質(zhì)高效焊接方法。其特點在于：可降低工件裝配要求，間隙適應(yīng)性好；有利于減小氣孔傾向；可以實現(xiàn)在較低激光功率下獲得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本；電弧對等離子體有稀釋作用，可減小對激光的屏蔽效應(yīng)，同時激光對電弧有引導(dǎo)和聚焦作用，使焊接過程穩(wěn)定性提高；利用電弧焊的填絲可改善焊縫成分和性能，對焊接特種材料或異種材料有重要意義：激光與電弧復(fù)合焊的方法包括兩種，即旁軸復(fù)合焊和同軸復(fù)合焊。旁軸激光電弧復(fù)合焊方法實現(xiàn)較為簡單，但最大缺點是熱源為非對稱性，焊接質(zhì)量受焊接方向影響很大，難以用于曲線或三維焊接。而激光和電弧同軸的焊接方法則可以形成一種同軸對稱的復(fù)合熱源，大大提高焊接過程穩(wěn)定性，并可方便地實現(xiàn)二維和三維焊接。

3.激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制

激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制一直是激光焊接領(lǐng)域研究和發(fā)展的一個重要內(nèi)容，利用電感、電容、聲波、光電、視覺等各種傳感器，通過人工智能和計算機處理方法，針對不同的激光焊接過程和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫成形質(zhì)量監(jiān)測等，并通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的自動化激光焊接過程。

3.1激光焊接過程監(jiān)測。利用各種傳感器對激光焊接過程中產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行檢測是常用和有效的方法，如圖1所示。根據(jù)檢測信號的不同，激光焊接質(zhì)量檢測主要包括以下幾種方式：光信號檢測，檢測對象為激光焊接過程中的等離子體（包括工件上方和小孔內(nèi)部）光輻射和熔池光輻射等。從檢測裝置的安裝來看，主要包括與激光束同軸的直視檢測、側(cè)面檢測和背面檢測。使用的傳感器主要有光電二極管、光電池、CCD和高速攝像機，以及光譜分析儀等。聲音信號檢測，檢測對象主要為焊接過程中等離子體的聲振蕩和聲發(fā)射。等離子體電荷信號，檢測對象為焊接噴嘴和工件表面等離子體的電荷。利用光電傳感器檢測激光焊接過程中等離子體光輻射強度的變化是激光焊接過程監(jiān)測與控制的重要方法之一。國內(nèi)外研究工作表明，利用光電傳感器可以自動檢測出焊接過程中因激光功率、焊接速度、焦點位置、噴嘴至工件表面距離、對接間隙等工藝條件的波動引起的焊縫熔深和成形質(zhì)量的變化，不僅可以診斷出諸如咬邊、燒穿、駝峰等焊縫成形缺陷，而且在一定工藝條件下還可以檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量，例如，氣孔傾向的嚴(yán)重程度。

篇（6）

1、引言

焊接盒段裝配于后機身36～38框段的側(cè)邊，為支撐平尾的主要構(gòu)件，在盒段內(nèi)部布置了平尾舵機，因此該盒段承受著平尾的集中載荷和平尾舵機工作時產(chǎn)生的集中載荷。焊接盒段屬薄壁盒形件，外形尺寸較大、形面復(fù)雜、裝配協(xié)調(diào)性要求高，給盒段制造工藝帶來相當(dāng)大的難度。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫多且較為復(fù)雜，焊接成形時變形較大，經(jīng)常因焊接質(zhì)量超差造成焊接盒段審理、報廢。因此，研究并討論防止焊接結(jié)構(gòu)件變形的預(yù)防措施具有很重要的價值和意義。

2、焊接結(jié)構(gòu)件變形分類

焊接結(jié)構(gòu)件變形的原因有很多，包括母材的材質(zhì)導(dǎo)致的變形、填充材料導(dǎo)致的變形、焊接方法不嫻熟或者方法不正確導(dǎo)致的變形、焊接參數(shù)（WPS文件參數(shù)）導(dǎo)致的變形[1]、焊接順序不正確導(dǎo)致的變形、還有冷卻時間及焊接過程中是否有約束等問題導(dǎo)致的焊接結(jié)構(gòu)件變形等原因，但是這些原因歸根結(jié)底是由于焊接殘余應(yīng)力造成的。

3、后邊條焊接盒段焊接變形的預(yù)防措施和手段

3.1完善和改進(jìn)焊接盒段的結(jié)構(gòu)

如果想要控制和預(yù)防焊接盒段的變形，首先就得在設(shè)計方面下功夫。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，才能為下游制造打好基礎(chǔ)。做好設(shè)計的具體措施有：選擇合理的焊縫形式和大小合適的尺寸；若是遇到不必要的焊縫要盡量減少；為了避免焊縫太集中就必須合理安排焊縫的位置。

為了解決焊接盒段存在的問題，在原有的基礎(chǔ)上，對焊接盒段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，具體更改如下：

原結(jié)構(gòu)焊接盒段焊縫數(shù)量達(dá)到70余條，而且部分焊縫位置、形式不是很合理，給焊接質(zhì)量的控制帶來了一定的難度，改進(jìn)后的焊縫數(shù)量減少到約50余條，取消了若干焊接通路差的焊縫，改進(jìn)了若干焊縫位置和結(jié)構(gòu)形式，極大的提高了焊接工藝性。

3.2收縮變形余量的預(yù)留

根據(jù)焊接收縮理論，得出計算值（焊接盒段四周施焊收縮量2mm/m，其他結(jié)構(gòu)依此類推）和經(jīng)驗值（參數(shù)的統(tǒng)計時根據(jù)同一部件數(shù)個產(chǎn)品焊接后或類比以往相似結(jié)構(gòu)來統(tǒng)計參數(shù)），收縮余量是在工件下料及加工時預(yù)先考慮的問題，這是為了便于達(dá)到焊接工件所要求的形狀、尺寸等，在焊縫收縮的方向上預(yù)先留出收縮量，保證焊接后的構(gòu)件滿足要求的尺寸。由于焊接盒段復(fù)雜，不能用平常的理論公式來計算，而是需要進(jìn)行多個實際產(chǎn)品的焊接試驗來確定焊接的收縮量。

3.3焊接方法必須合理

合理的焊接方法在焊接過程中是極其重要的，焊接采用的方法不同，產(chǎn)生的線能量也會有不同，如果選用線能量比較低的焊接方法的話，變形就可以得到有效的控制，還能減小焊接塑性壓縮區(qū)，目前我廠焊接盒段主要采用二種焊接方法焊接：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、手工氬弧焊。

當(dāng)今先進(jìn)焊接技術(shù)發(fā)展趨勢是焊接過程自動化與智能化技術(shù)，焊接自動化主要是指焊接生產(chǎn)過程的自動化，就是要用機械裝備來代替人進(jìn)行焊接。其主要任務(wù)就是：通過先進(jìn)的焊接工藝、材料和設(shè)備，將自動控制系統(tǒng)和焊接工裝夾具及其運動系統(tǒng)有機集成，實現(xiàn)高效率、高品質(zhì)、低成本的焊接生產(chǎn)。

3.4焊接預(yù)熱、焊接后消應(yīng)力熱的處理

焊接預(yù)熱使得焊縫周圍的母材溫度升高會降低焊縫金屬與周圍母材的溫差，如此一來，降低焊接收縮內(nèi)應(yīng)力將會減少焊接的變形程度，焊縫區(qū)溫度的不均勻?qū)㈦y免造成很高的內(nèi)應(yīng)力，而這樣的焊接內(nèi)應(yīng)力又會使得焊件在加工過程中產(chǎn)生變形甚至爆裂，若能在焊接焊接盒段之前適當(dāng)?shù)念A(yù)熱零件，再對焊件加工處理，就可以減少焊件變形或爆裂事故的發(fā)生。

4、如何糾正后邊條焊接變形

后邊條焊接盒段的變形影響了整個飛機生產(chǎn)過程的進(jìn)行，而若能將變形糾正過來，將會使得工作得以順利地進(jìn)行，糾正焊接變形的方法主要有2種——機械糾正和火焰加熱糾正，他們實質(zhì)上都是使得焊接結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生新的變形來抵消焊接變形。

4.1機械糾正方法

給構(gòu)件施加來自外部的機械力，使得構(gòu)件產(chǎn)生與原來的焊接變形的方向相反的塑性變形，以便于能夠抵消焊接變形，這樣的方法叫做機械糾正。而來自外部機械力的施加則可以通過錘擊、壓力機及碾壓等方法來實現(xiàn)，但這種方法只適合剛性較小且不太厚的板結(jié)構(gòu)。工作人員在使用機械糾正的過程中一定要注意采用校直機進(jìn)行，因為這種校直方法生產(chǎn)效率較高，但是工作人員必須具有豐富的工作經(jīng)驗，否則就容易導(dǎo)致將構(gòu)建表面弄出壓痕或焊縫區(qū)域出現(xiàn)裂紋等。

4.2火焰加熱的糾正方法

利用火焰加熱時產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形使得構(gòu)件較長的部分在冷卻過后縮短以抵消變形，這種方法叫火焰加熱糾正，不過這種方法一般主要適用于各種低碳鋼和大部分的低合金結(jié)構(gòu)鋼，卻不適用于有晶間腐蝕傾向的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼，工作人員在進(jìn)行火焰加熱過程中，也可以同時施加機械力，這樣可以有效地提高矯正效果，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點和焊接變形的實際情況決定了是選擇點狀加熱、線狀加熱還是三角形加熱等方式。工作人員在操作過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制火焰的溫度，溫度較低或較高都無法適度地進(jìn)行調(diào)配和控制，溫度較低無法調(diào)整尺寸，溫度過高又會造成加熱區(qū)域硬度降低從而導(dǎo)致整體強度下降，因此操作的工作人員必須具有豐富的經(jīng)驗，但是與機械糾正相比，火焰加熱糾正的效率較低但適用范圍較廣。

5、結(jié)語

關(guān)于對后邊條焊接變形的討論和改進(jìn)研究對某型飛機的制造具有十分重要的意義和價值。根據(jù)理論結(jié)合實踐的指導(dǎo)方法，把理論計算結(jié)合到實際產(chǎn)品的實驗分析結(jié)果，由此再來制定出相應(yīng)的工藝措施，這樣不但能保證質(zhì)量問題，還能對生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本產(chǎn)生較大的影響。

篇（7）

焊接鋼結(jié)構(gòu)以其強度高，穩(wěn)定性好，施工速度快等優(yōu)點，逐步在建筑結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要地位，但是鋼結(jié)構(gòu)焊接變形問題也日益突出，這不僅對鋼結(jié)構(gòu)的尺寸精度與外形美觀、工程質(zhì)量等造成了一定的影響，而且給焊后帶來大量復(fù)雜的矯正工作，因此控制鋼結(jié)構(gòu)變形迫在眉睫。

一、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類及產(chǎn)生原因

由于焊接結(jié)構(gòu)的接頭形式、工藝、方式及焊縫位置等的不同，造成焊接變形

在外觀表現(xiàn)形式上各有不同，大概可分為以下幾種：

（一）縱向縮短和橫向縮短變形

這是由于鋼板對接后焊縫發(fā)生縱向收縮和橫向收縮所引起；同時對于工字形梁而言，不僅縱向焊縫能引起構(gòu)件縱向縮短，橫向焊縫同樣能引起結(jié)構(gòu)縱向縮短，而且起主要作用。

（二）扭曲變形

扭曲變形原因較多，裝配質(zhì)量不好和配件擱置不當(dāng)，以及焊接順序和焊接方向不合理都可能導(dǎo)致變形，但歸根到底還是焊縫的縱向或橫向縮短所引起。

（三）角變形

鋼板V型坡口對接焊后發(fā)生的角變形，是由于焊縫截面形狀上下不對稱，引起焊縫的橫向縮短上下不均勻。X型坡口的對接頭，當(dāng)焊接順序不合理，造成正反兩條焊縫的橫向縮短不相等時，也會產(chǎn)生角變形。

（四）波浪變形

主要出現(xiàn)在薄板焊接結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生原因是由于焊縫的縱向縮短對薄板邊緣造成的壓應(yīng)力；另一種是由于焊縫橫向縮短所造成的角變形。

（五）錯邊變形

焊后兩焊接件在長度方向和厚度方向的錯位現(xiàn)象，稱為錯邊變形。主要是焊接過程中兩焊接件的受熱不均勻造成的。

二、控制焊接變形的措施

控制焊接變形的措施可歸結(jié)為設(shè)計方面、焊接操作方面的預(yù)防措施及焊接變形矯正措施。

（一）焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計

①控制焊縫的數(shù)量和大小。在鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計時，應(yīng)設(shè)法控制焊縫的數(shù)量和大小，盡可能減少焊接變形。

②根據(jù)焊接工藝選擇適合的焊縫坡口的形狀和尺寸。對焊縫坡口形成與大小合理的選擇應(yīng)能夠確保鋼結(jié)構(gòu)整體的承載能力充分。適當(dāng)?shù)钠驴谛螤詈痛笮。梢酝ㄟ^減少截面積，進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形量。

③焊接節(jié)點的位置應(yīng)處于構(gòu)件截面的對稱處。結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點的位置應(yīng)盡可能在構(gòu)件截面的中性軸對稱位置，或盡量接近中性軸，同時應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)。

（二）焊工操作要嚴(yán)格地遵守焊接規(guī)范

分析各種可能出現(xiàn)變形的原因，從而采取一些可行的防止和減少焊接變形的措施。

①錘擊焊縫法：此法主要適用于薄板的焊接。當(dāng)薄板的焊縫及其熱影響區(qū)還沒有完全冷卻時，立即對該區(qū)域進(jìn)行錘擊，對于厚板則用風(fēng)槍敲擊。這種處理一方面消除和減少了焊接引起的角變形；另一方面由于敲擊對該區(qū)域有一定的延伸作用，減少內(nèi)應(yīng)力。這種敲擊當(dāng)焊縫溫度越高時錘擊的效果越好。

②焊接工藝控制變形的方法

a、焊縫的正確施焊：正確的焊接方法常見有直通焊接法（即焊縫從一端直通焊到另一端）、分段法（將一段較長的焊縫從中心處分成數(shù)段，可同時施焊，也可逐段焊接）、對稱焊接法。直通法適用于焊縫，長度不超過250～300mm。分段法適用于等長度的焊縫（長度在250～1000mm）長度在l000mm以上的。對稱焊接適用于截面或焊縫布置對稱的結(jié)構(gòu)件，對稱焊縫的變形有一部分互相抵消。

b、選擇合理的裝配焊接順序：這種方式就是使物件在焊接過程中，通過合理的裝配焊接順序，使焊接變形能夠互相抵消，從而達(dá)到降低變形的目的。如對于工字梁的焊接，可采用先拼焊再按規(guī)定順序施焊可大大降低焊接變形。

c、合理安排焊縫的位置：安排焊縫盡可能對稱于截面中性軸，或使焊縫接近中性軸，這樣對減少梁、柱類結(jié)構(gòu)部位的撓曲變形有良好的效果。

③反變形。由于在冷卻過程中焊縫會產(chǎn)生收縮反應(yīng)，減少了工件焊接后的尺寸，為了彌補熱脹冷縮帶來的變形，在大型構(gòu)件焊接時常用反變形的方法。反變形方法是在進(jìn)行焊接前使構(gòu)件預(yù)先發(fā)生變形，使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。

④剛性固定法：就是在沒有反變形情況下，將構(gòu)件加以固定，來限制焊接變形，其構(gòu)件固定可選用大型馬板點焊固定定位。

（三）焊后矯正焊接變形的方法

根據(jù)是否采用外界能量，將其劃分為機械與火焰矯正法。

①機械矯正法：利用外力，使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，與二者相抵消，從而達(dá)到消除焊接變形的目的。這種矯正法適用于T型梁、工字梁和一些簡單的小結(jié)構(gòu)，如機座等。

②火焰矯正法：即利用不均勻的加熱使結(jié)構(gòu)獲得反向的變形來補償或抵消原來的焊接變形。火焰加熱的方式有三種：點狀加熱（即加熱區(qū)為D圓點）、線狀加熱（沿直線方向移動或在寬度方向上作橫向擺動）、三角形加熱（加熱區(qū)域為D三角形）。火焰矯正能消除很多機械矯正無法解決的變形，掌握火焰局部加熱引起的變形的規(guī)律是做好矯正的關(guān)鍵，決定火焰矯正效果主要是加熱的位置和加熱溫度。低碳鋼和普通低合金的焊接結(jié)構(gòu)通常采用650～800℃的加熱溫度，一般不宜超過900℃。在利用火焰矯正的同時，為了提高矯正效果，也可在加熱過程中施加外力矯正，火焰矯正時，加熱點的冷卻有兩種方法：即自然冷卻和水冷卻，采用水火矯正法能使結(jié)構(gòu)矯正收效快，并可以使矯正量大于自然冷卻的矯正量。如矯正大型箱型截面構(gòu)件的扭曲。

三、幾種建筑鋼結(jié)構(gòu)施工焊接變形的控制方法

在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中，品種繁多，常見的建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制措施主要有如下幾種：

（一）預(yù)制的小構(gòu)件、預(yù)埋件的焊接變形

這類產(chǎn)品，一部分可采用焊后錘擊法矯正焊接變形，另一部分構(gòu)件，剛性較大，或因結(jié)構(gòu)原因，無法采用錘擊法矯正焊接變形，常采用火焰矯正法加以實現(xiàn)，在變形的反方向用火焰加熱，火焰背面跟蹤冷卻來矯正焊接變形。

（二）鋼屋架焊接變形的控制措施

鋼屋架主要是由角鋼拼焊形成，控制焊接變形主要是靠施工工藝措施來實現(xiàn)的。焊接變形主要有沿鋼架跨度方向的收縮變形和沿鋼屋架垂直面的撓曲變形引起的側(cè)彎。

（三）鋼架梁、吊車梁、鋼柱等

焊接工字型組成的大型鋼結(jié)構(gòu)，焊接過程中在四條縱向長焊縫的影響下，容易出現(xiàn)翼緣板角變形，縱向收縮變形，撓曲變形，側(cè)彎等焊接變形。

①焊接工字梁翼緣角變形的控制：主要的控制方式有如下幾種：剛性固定法、反變形法、焊后火焰矯正法、焊后機械矯正法。

②焊接工字梁縱向收縮變形的控制：控制焊接工字梁縱向收縮變形的方式同控制鋼屋架收縮變形方式相同，也是采用預(yù)留焊縫收縮留量來實現(xiàn)，但收縮留量要通過計算實現(xiàn)。

③焊接工字梁撓曲變形的控制，一般應(yīng)盡量采取工藝措施加以解決，如焊后仍存在撓曲變形，再采用焊后矯正法矯正處理。

（四）焊接工字梁側(cè)彎變形的控制

工字梁側(cè)彎的控制可采用與上述加熱區(qū)撓曲變形相同的工藝方式及相似的火焰矯正法加以控制，不同的是加熱區(qū)形狀應(yīng)選擇翼緣板最大側(cè)彎處加熱，直到滿足要求為止。

三、結(jié)束語

建筑工程施工中，鋼結(jié)構(gòu)焊接變形是無法絕對避免的，從提高工程質(zhì)量的角度出發(fā)，要求我們要做到熟悉鋼結(jié)構(gòu)焊接變形原因，并采取合理的焊接方法及相應(yīng)矯正措施，使變形得到有效控制，從而達(dá)到提高工程質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)：

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1.2大直徑平焊法蘭焊接變形大直徑平焊法蘭焊接變形主要有法蘭端面變形、法蘭直徑變形和與法蘭焊接的筒體的變形。大直徑平焊法蘭焊接變形的原因如下。大直徑平焊法蘭與筒體焊接時，由于法蘭直徑大，剛性差，焊道長，焊完一圈需要的時間長。在焊接過程中，焊縫熔合區(qū)受熱和冷卻速度以及焊縫間斷的冷卻時間間隔太長，造成整個焊縫區(qū)受熱不均勻，焊縫收縮變形也不均勻，由此產(chǎn)生了焊接變形。焊接采用單面連續(xù)焊時，法蘭焊接區(qū)周向受熱部分受到焊縫冷卻時環(huán)向收縮應(yīng)力的作用，發(fā)生平面變形。同時由于焊縫的環(huán)向的焊接收縮量很大，也進(jìn)一步將變形擴大，形成了不規(guī)則的橢圓現(xiàn)象，有內(nèi)凹，也有外凸。法蘭斷面的扭轉(zhuǎn)力非常大，足以使筒體也產(chǎn)生相應(yīng)的變形。本公司在2014年生產(chǎn)制造的一臺立式換熱容器，焊接完畢后進(jìn)行了相關(guān)尺寸的測量，實測數(shù)據(jù)比標(biāo)準(zhǔn)要求超出了幾倍。

2控制焊接變形的措施及矯正方法分析

要防止和減少焊接的變形，克服在冷熱循環(huán)所造成的影響，則必須采取相應(yīng)措施，主要的措施有設(shè)計措施和工藝措施。

2.1設(shè)計措施在設(shè)計上首先要選擇合理的焊縫形狀和尺寸。焊縫形狀即坡口的形狀，對于相同厚度的平板對接，開V形坡口焊縫的角變形明顯大于雙V形或雙U形坡口焊縫。對于能翻轉(zhuǎn)、有兩面施焊條件的結(jié)構(gòu)，宜選用兩面對稱的坡口形式。在尺寸上，在保證結(jié)構(gòu)有足夠的焊接性能的前提下，坡口角度應(yīng)盡量采用較小的值。

2.2工藝措施控制焊接變形的工藝措施主要有熱平衡法、留余量法、散熱法等。熱平衡法主要用于某些焊縫不對稱布置的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)焊接后往往會產(chǎn)生彎曲變形。施焊的同時在焊縫對稱的位置上采用氣體火焰同步加熱，只要加熱的工藝參數(shù)選擇適當(dāng)就可以明顯減少完全變形的產(chǎn)生。留余量法就是在下料的時候?qū)⒘慵某叽绫仍O(shè)計尺寸適當(dāng)加大，以補償焊件的收縮，常用于與大尺寸封頭對接的不銹鋼筒體。散熱法是利用各種方法將施焊處的熱量迅速散走，減小受熱區(qū)的焊接變形。此方法經(jīng)常用于管板的堆焊。在現(xiàn)場焊接作業(yè)當(dāng)中，應(yīng)綜合考慮各種變形，必要時采用組合的方法才能有效控制焊接變形。雖然有各種措施方法來控制焊接變形，但影響的因素太多，有的時候無法面面俱到，無法避免會出現(xiàn)各種變形。當(dāng)殘余的變形超出技術(shù)要求時必須采取矯正的方法。常用的矯正方法有冷矯正法和熱矯正法。冷矯正分為手工矯正和機械矯正。手工矯正主要用于矯正薄板、薄壁殼體焊件和小型焊件的彎曲變形、角變形和波浪變形等。機械矯正主要是利用機械工具，如千斤頂，拉緊器，液壓機等通過機械壓力或拉力來矯正焊接變形。熱矯正是利用火焰局部加熱，使焊接產(chǎn)生反向變形，抵消焊接變形，但要注意加熱溫度，不能使材料的金相組織發(fā)生變化。

篇（9）

電弧焊是一個不均勻的快速加熱和冷卻的過程，焊接過程中及焊后，焊接構(gòu)件都將產(chǎn)生變形。構(gòu)件的焊接變形源于構(gòu)件或構(gòu)件的接頭不均勻焊接受熱，在焊接過程中的熱變形受到了構(gòu)件剛性條件的約束，出現(xiàn)了壓縮塑性變形，從而產(chǎn)生了焊接殘余變形。在冷箱鋼結(jié)構(gòu)中，焊接變形主要表現(xiàn)為焊接后引起構(gòu)件的撓曲變形、角變形、構(gòu)件尺寸收縮以及冷箱面板凹凸不平。焊接變形直接影響大型構(gòu)件的制作質(zhì)量，因此焊接變形的控制技術(shù)也成為冷箱鋼結(jié)構(gòu)加工的關(guān)鍵技術(shù)。

一、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類

焊接變形是焊后殘存于結(jié)構(gòu)中的變形，主要有以下幾種類型：

1.縱向收縮變形:構(gòu)件焊后在焊縫方向發(fā)生收縮。

2.橫向收縮變形:構(gòu)件焊后在垂直焊縫方向發(fā)生收縮。

3.彎曲變形:構(gòu)件焊后發(fā)生撓曲,由焊縫縱向收縮引起和橫向收縮引起。

4.角變形:焊后構(gòu)件的平面圍繞焊縫產(chǎn)生的角位移。

5.波浪邊形:焊后構(gòu)件呈波浪形。

以上幾種類型的變形,在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中往往并不是單獨出現(xiàn)的,而是同時出現(xiàn),互相影響的。焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。焊接變形不但影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確和外形美觀,而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力。焊接結(jié)構(gòu)件上出現(xiàn)了變形,就需要花許多工時去矯正。

二、焊接變形的主要原因分析

1.焊縫在結(jié)構(gòu)的位置原因，不同的焊縫位置在焊接完成后都會產(chǎn)生不同形態(tài)的變形，這主要是由破口角度、接頭形式等結(jié)構(gòu)形態(tài)不同而引起的重力性變形。

2.結(jié)構(gòu)剛性導(dǎo)致的變形,在受力相同的情況下，剛性較大的結(jié)構(gòu)變形就小，而剛性弱則變形大，如較薄的鋼結(jié)構(gòu)與小而重的結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時，剛性小的薄片結(jié)構(gòu)就容易變形。

3.焊接順序和裝配原因，一個同樣的焊接結(jié)構(gòu)采用不同的床配方法和焊接順序都會對其變形產(chǎn)生一定的影響，如前面提到的剛性較弱的結(jié)構(gòu)如在安裝和焊接順序上增加了對其的載荷就容易使之變形。

4.焊接材料的原因，焊接后由于熱脹冷縮的原因材料會在焊接后產(chǎn)生一定的變形，而焊接材料的線膨脹系數(shù)較大則會對焊接變形影響較大。如：不銹鋼和鋁材的焊接后變形的幾率要大于碳鋼材料，就是這個原因。

5.焊接采用方法的原因，在焊接過程中，焊接使得焊件受熱而溫度升高，金屬材料的導(dǎo)熱性會導(dǎo)致整個材料變熱，而焊件的體積越大則受熱變形的幾率也就越大，變形也就越嚴(yán)重。如:實踐中氣焊比手弧焊的變形大,而手弧焊比氣保護(hù)焊接的變形嚴(yán)重。

6.焊接規(guī)范執(zhí)行原因，對焊機規(guī)范的執(zhí)行也可以影響焊接的變形，如:變形隨著焊接電流的增加而增加，焊條直徑越大而變形增大。

三、焊接變形的控制方法

1.撓度變形控制

對于不對稱構(gòu)件，焊接后構(gòu)件的撓度變形控制極為關(guān)鍵，變形后的矯正也極為復(fù)雜，焊接控制不當(dāng)會給構(gòu)件制作帶來極大的困難。因此在制定焊接工藝前，應(yīng)精確計算構(gòu)件的中性軸位置，并根據(jù)焊縫相對于中性軸的位置及針對構(gòu)件的尺寸，合理地分布焊縫的截面積并制定焊接順序，確保焊接撓度變形控制在公差范圍內(nèi)，減少矯正工作量。構(gòu)件焊接后引起撓度變形數(shù)值大小(Δ)與構(gòu)件的長度(L)、構(gòu)件慣性矩大小(Ι)、焊縫截面積(Α)大小及焊縫相對于中性軸的距離（DU）有關(guān)，計算公式為:

Δ=0.005 X Α X DU X L2/ Ι

2.角變形的控制

在焊接結(jié)構(gòu)中，T形接頭無論是角焊縫、部分熔透坡口焊縫和熔透坡口焊縫，焊接后均不可避免引起翼板的角變形。對于一般的H形構(gòu)件的變形可以采用翼緣矯正機進(jìn)行機械矯正，方便快捷，是一種較好的角變形矯正方法。T形接頭焊接后引起翼板叫變形數(shù)值大小(Δ)與構(gòu)件的寬度(B)、翼板厚度(T)、焊縫尺寸(S)有關(guān)，計算公式為:

Δ=0.2 X B X S1.3/ T2mm

根據(jù)公式可以指定出T行接頭焊接后翼板伸出段的叫變形數(shù)值，再根據(jù)數(shù)值采取不同的方法進(jìn)行工藝控制，以減少矯正次數(shù)和矯正工作量。

3.橫向收縮變形的控制

焊接收縮變形對鋼結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為焊縫沿長度方向的收縮和沿焊縫橫向收縮，造成的后果是構(gòu)件縮短和構(gòu)件截面尺寸減少。構(gòu)件的長度尺寸一般通過在下料時加放一定的加工余量后再進(jìn)行構(gòu)件最后尺寸定長的辦法來解決，而構(gòu)件截面尺寸的保證必須在零件下料之前通過對構(gòu)件焊縫橫向收縮量的估算進(jìn)行確定，構(gòu)件裝配時預(yù)制的橫向收縮值的大小直接決定焊接后構(gòu)件的截面尺寸。因此，橫向收縮變形是大型鋼結(jié)構(gòu)制作時關(guān)鍵控制的變形。全熔透對接或T行接頭橫向收縮變形計算公式為:

Δ=0.1 X A / t mm

四、焊接變形的火焰矯正

在生產(chǎn)過程中普遍應(yīng)用的矯正方法，主要有機械矯正、火焰矯正和綜合矯正。火焰矯正方法簡便,比較機動,因此在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。焊接變形經(jīng)常采用以下三種火焰矯正方法：(1)線狀加熱法；(2)點狀加熱法；(3)三角形加熱法。下面介紹解決不同部位的施工方法。

1.翼緣板的角變形

矯正H型鋼柱、梁、撐角變形。在翼緣板上面（對準(zhǔn)焊縫外）縱向線狀加熱（加熱溫度控制在650度以下），注意加熱范圍不超過兩焊腳所控制的范圍，所以不用水冷卻。線狀加熱時要注意：(1)不應(yīng)在同一位置反復(fù)加熱；(2)加熱過程中不要進(jìn)行澆水。這兩點是火焰矯正一般原則。

2.柱、梁、撐的上拱與下?lián)霞皬澢?/p>

(1)在翼緣板上，對著縱長焊縫，由中間向兩端作線狀加熱，即可矯正彎曲變形。為避免產(chǎn)生彎曲和扭曲變形，兩條加熱帶要同步進(jìn)行。可采取低溫矯正或中溫矯正法。這種方法有利于減少焊接內(nèi)應(yīng)力，但這種方法在縱向收縮的同時有較大的橫向收縮，較難掌握。

(2)翼緣板上作線狀加熱，在腹板上作三角形加熱。用這種方法矯正柱、梁、撐的彎曲變形，效果顯著，橫向線狀加熱寬度一般取20—90mm，板厚小時，加熱寬度要窄一些，加熱過程應(yīng)由寬度中間向兩邊擴展。線狀加熱最好由兩人同時操作進(jìn)行，再分別加熱三角形三角形的寬度不應(yīng)超過板厚的2倍，三角形的底與對應(yīng)的翼板上線狀加熱寬度相等。加熱三角形從頂部開始，然后從中心向兩側(cè)擴展，一層層加熱直到三角形的底為止。加熱腹板時溫度不能太高，否則造成凹陷變形，很難修復(fù)(以上三角形加熱方法同樣適用于構(gòu)件的旁彎矯正,加熱時應(yīng)采用中溫矯正，澆水要少)。

3.柱、梁、撐腹板的波浪變形

矯正波浪變形首先要找出凸起的波峰，用圓點加熱法配合手錘矯正。加熱圓點的直徑一般為50～90mm，當(dāng)鋼板厚度或波浪形面積較大時直徑也應(yīng)放大，可按d＝(4δ＋10)mm(d為加熱點直徑；δ為板厚)計算得出值加熱。烤嘴從波峰起作螺旋形移動，采用中溫矯正。當(dāng)溫度達(dá)到600～700度時，將手錘放在加熱區(qū)邊緣處，再用大錘擊手錘，使加熱區(qū)金屬受擠壓，冷卻收縮后被拉平。矯正時應(yīng)避免產(chǎn)生過大的收縮應(yīng)力。矯完一個圓點后再進(jìn)行加熱第二個波峰點，方法同上。為加快冷卻速度，可對Q235鋼材進(jìn)行加水冷卻。這種矯正方法屬于點狀加熱法，加熱點的分布可呈梅花形或鏈?zhǔn)矫茳c形。注意溫度不要超過750度。

五、結(jié)語

在鋼結(jié)構(gòu)制造加工中，定量地對構(gòu)件焊接后的撓曲變形、角變形和橫向收縮變形進(jìn)行計算和分析是非常必要和重要的，這樣可以采取相應(yīng)的控制措施和焊接工藝措施，從而有效降低和減少焊接變形，提高構(gòu)件的加工效率并保證加工尺寸精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐初雄.焊接技術(shù)問答[M].械工業(yè)出版社,2004

篇（10）

前言

隨著時代的發(fā)展，壓力容器產(chǎn)品涉及航天、電力、化工、醫(yī)藥等諸多行業(yè)，其質(zhì)量是否合格、是否安全可靠運行直接影響著我國工業(yè)的發(fā)展與人民的生活水平，壓力容器廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、制藥、煤炭等行業(yè)。提高其焊接質(zhì)量和機械自動化水平對壓力容器乃至整個焊接行業(yè)都具有十分重要的意義。Jens KlastrupKristensen認(rèn)為焊接領(lǐng)域影響著自動化技術(shù)、材料科學(xué)、環(huán)境、無損檢測、機械與腐蝕等多門學(xué)科。而焊接自動化技術(shù)是焊接領(lǐng)域的一個重要分支,對實現(xiàn)焊接自動控制具有重要意義。對于壓力容器,焊接自動化技術(shù)主要分為硬件和軟件兩方面。硬件主要指壓力容器自動焊接設(shè)備和方法;軟件主要指計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)以及信息技術(shù)等進(jìn)入壓力容器焊接領(lǐng)域而形成的焊接控制技術(shù)、人工智能技術(shù)及專家系統(tǒng)等。

1硬件方面

1.1自動焊接設(shè)備

在壓力容器的焊接生產(chǎn)過程中往往涉及到多種自動焊接設(shè)備,如電渣焊機、埋弧焊機、氣體保護(hù)焊機(CO2焊機和氬弧焊機等)、等離子焊機等。我國壓力容器焊接自動化技術(shù)起始于20世紀(jì)五、六十年代,到目前為止取得了很大的成就。近年來,國產(chǎn)自動和半自動焊機已占焊機總量的20.55%,MIG/MAG焊機年增長63.12%,TIG焊機年增長19.24%,埋弧焊機年增長135.36%。逆變焊機作為一種新技術(shù)和新工藝,具有優(yōu)良的焊接性能和電氣性能,適用于各種不同的弧焊方法和壓力容器多位置焊接。美國、日本逆變焊接的應(yīng)用程度已達(dá)到30%,而我國的逆變焊機已經(jīng)發(fā)展到第三代產(chǎn)品,在國內(nèi)壓力容器行業(yè)的應(yīng)用前景是十分樂觀的。如東方鍋爐廠、海擎重工機械有限公司、蘭州石油化工機械廠等已將TIG、CO2逆變焊機等用于鍋爐、壓力容器的全位置焊接。在20世紀(jì)90年代初,國內(nèi)已研制出多頭埋弧自動焊和多頭MAG自動專用焊機,目前國內(nèi)已有十多家單位使用國產(chǎn)模式水冷壁專用焊機。現(xiàn)代焊接機器人尤其是弧焊機器人作為典型的程序控制柔性焊接系統(tǒng),具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點,在壓力容器焊接領(lǐng)域受到高度重視。柔性焊接機器人隨著其價格不斷降低將在我國推廣應(yīng)用,成為焊接設(shè)備的微機自動化控制技術(shù)的一個發(fā)展方向。除此之外,一些工藝設(shè)備的改進(jìn),如液壓封頭筒體對裝設(shè)備、萬向焊接轉(zhuǎn)臺、小直徑筒體縱縫環(huán)縫自動焊裝置等,在很大程度上也提高了壓力容器焊接自動化程度。

1.2自動化焊接方法

埋弧自動焊是目前壓力容器焊接的主要工藝方法,應(yīng)用于封頭拼板焊縫、筒節(jié)縱環(huán)焊縫等,使焊接過程的自動化和機械化成為現(xiàn)實。但目前國內(nèi)埋弧自動焊的控制系統(tǒng)大多仍采用簡單的模擬電路,整體性能有待進(jìn)一步提高。堆焊技術(shù)主要用于厚壁壓力容器的焊接,其中帶極埋弧堆焊由于母材熔深淺且較均勻,對工件表面質(zhì)量要求低,成為國內(nèi)外壓力容器內(nèi)壁堆焊的主要方法。最近研制出的高速帶極堆焊法,與帶極埋弧堆焊相比,堆焊層邊界晶粒細(xì)小,雜質(zhì)含量低,是一種經(jīng)濟性較好的堆焊方法。窄間隙焊接技術(shù)對于厚壁壓力容器可進(jìn)行全位置焊接,易于實現(xiàn)焊接過程的自動化。目前,該技術(shù)實現(xiàn)了焊前預(yù)置參數(shù)、自動穩(wěn)定焊接電壓、電流和速度,并且具有高度和橫向自動跟蹤系統(tǒng),實現(xiàn)焊縫的自動焊接。氣體保護(hù)焊具有電弧熱量集中,熔池小,結(jié)晶快及焊接過程無熔渣等優(yōu)點,主要用于全位置和薄板焊接,有利于實現(xiàn)焊接過程的機械化和自動化。CO2焊是一種高效率焊接方法,我國石油天然氣第七建設(shè)公司從美國引進(jìn)了球罐藥芯焊絲全位置自動焊接技術(shù),焊接熔敷效率高、速度快,改善了焊接條件。TIG焊接技術(shù)主要用于對焊縫密封性能和力學(xué)性能要求高的壓力容器,能對熔深體積和形狀進(jìn)行精確的控制,可較好實現(xiàn)壓力容器的全位置焊接。激光自動焊接技術(shù)由于具有極高的能量密度,其HAZ區(qū)極小的特點,能焊接幾乎所有的金屬,可以進(jìn)行全位置焊接,已向厚壁壓力容器焊接發(fā)展,但由于價格昂貴且設(shè)備笨重,在壓力容器的應(yīng)用前景有待觀察。

2軟件方面

2.1焊接控制技術(shù)

近年來焊接自動控制技術(shù)在壓力容器行業(yè)得到了很大的發(fā)展。焊縫跟蹤是焊接自動化控制系統(tǒng)的一個重要組成部分,對實現(xiàn)壓力容器生產(chǎn)過程的焊接自動化意義深遠(yuǎn)。目前應(yīng)用的焊縫跟蹤系統(tǒng)主要包括接觸式和非接觸式兩種類型。接觸靠模式跟蹤系統(tǒng)通過橫向跟蹤、縱向跟蹤和微調(diào)系統(tǒng)保持導(dǎo)電嘴和焊縫之間距離不變,實現(xiàn)環(huán)縫焊接自動化,但有時會因坡口及焊縫的加工裝配不均勻而影響傳感器的測量精度。非接觸式跟蹤系統(tǒng)與其它學(xué)科聯(lián)系緊密,目前國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了不同程度的研究。非接觸式超聲波跟蹤傳感用到埋弧焊機上進(jìn)行對焊縫坡口檢測的焊縫跟蹤,能滿足壓力容器制造的需要,在低成本焊接自動化具有較好的應(yīng)用前景。基于CCD視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)可以用于埋弧焊、等離子弧焊等多種焊接方法和設(shè)備中,但鑒于焊接過程的應(yīng)用環(huán)境惡劣,傳感器要受到弧光、高溫、煙塵等的干擾,使傳感器的精度、抗干擾性能和靈敏度受到不同程度影響。雖然迄今為止已研究出多種自動跟蹤方法,但大多數(shù)還處于試驗階段。隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展和新型傳感方式的研究,焊縫跟蹤技術(shù)將會在壓力容器行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,進(jìn)一步提高壓力容器焊接過程的自動化和智能化程度。

2.2人工智能技術(shù)及專家系統(tǒng)

篇（11）

中圖分類號：[TU279.7+6]文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

引言：在西氣東輸項目實施的過程中，天然氣高壓管道在輸氣路線大規(guī)模的建設(shè)。此類高壓輸送管道是一項現(xiàn)場焊接安裝工程，主要采用手工下向焊焊接工藝，而該工藝在我國之前的天然氣管道鋪設(shè)中尚未大規(guī)模采用，因此有必要對該項技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討。

下向焊焊接工藝概述

1.1下向焊焊接工藝的特點

它是一種手工電弧焊焊接工藝方法，主要用于壓力鋼管的焊接，其焊接方法是：在管道水平放置固定不變的情況下，焊接熱源從頂部中心開始向下焊接，一直到底部中心。

1）優(yōu)點：

該工藝采用向下焊專用焊條，該類焊條用獨特的藥皮配方設(shè)計，與傳統(tǒng)的向上焊焊條相比，具有電弧吹力大，焊接時熔深大，打底焊時可以單面焊雙面成型、焊條熔化速度快、熔敷效率高等優(yōu)點，超聲波探傷、射線拍片合格率高。相對于自動焊又克服了在野外較差的自然條件下使用設(shè)備復(fù)雜、操作不便的不足。

2）缺點：

焊條價格較高;向下焊時熔深較淺，焊道間打磨工作量增加。隨著管道壁厚的增加焊道層數(shù)迅速增加，焊接時間延長和勞動強度加大。

1.2下向焊焊接工藝適用范圍

該方法適用于低合金高強度鋼的薄壁大直徑管道。在野外作業(yè)時，在達(dá)到一定質(zhì)量要求的前提下，比手工電弧焊速度快，也比手工氫弧焊抗環(huán)境影響能力強。

在長輸管道建設(shè)中的發(fā)展和應(yīng)用

下向焊焊接工藝在長輸管道建設(shè)中不斷發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)己成為一門較為成熟的工藝。60年代后期，該工藝主要使用纖維素焊條，但是當(dāng)用于大直徑、厚壁管的焊接時，其焊接速度反而比不上向上焊，因此下向焊焊接方法也在不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了以下幾種工藝。

2.1混合型手工下向焊焊接工藝

根據(jù)前述對焊接材料的分析，低氫型焊條由于焊縫金屬中含氫量和含氧量較低，在相同條件下，其韌性較纖維素焊條好，但速度慢，由此產(chǎn)生了混合型手工下向焊焊接工藝。該工藝是采用纖維素型焊條根焊、熱焊和低氫型焊條填充焊、蓋面焊的焊接方法，可充分發(fā)揮兩種焊條的優(yōu)點，適用于鋼級較高的管道焊接。在國際管道建設(shè)上使用較多，美國、加拿大、荷蘭及瑞典等國家在80年代后期的長輸管道手工焊中廣泛采用;在我國也有應(yīng)用實例。可以預(yù)見，隨著管道工程對管材提出更高的要求，高強度、高韌性的大口徑鋼管應(yīng)用日益廣泛，混合型下向焊焊接方法會逐步成為長輸管道現(xiàn)場焊接的主要方法。

2.2復(fù)合型下向焊焊接技術(shù)

復(fù)合型下向焊是指對根層與熱焊層采用下向焊、對填充層與蓋面層采用向上焊的焊接方法，它主要用于壁厚較大的管道。如前所述，壁厚較大的管道，采用下向焊焊接方法，焊接層數(shù)多，反而不能發(fā)揮其焊接速度快的優(yōu)勢，因此考慮采用復(fù)合型的焊接方法，可發(fā)揮兩種工藝的優(yōu)點。

2.3下向焊焊接技術(shù)中的不同工藝在我國的應(yīng)用

1993年建成投產(chǎn)的達(dá)連河一哈爾濱煤氣管道是我國第一根采用低氫下向焊技術(shù)的管道干線工程，管徑為630x7一720x7，材質(zhì)為A3F鋼，全長247.45km，最大工作壓力為21.6MPa。陜京輸

氣管道工程，線路工程用鋼管管材為APISLX60級，管徑660mm，壁厚7.1一14.3mm；沿途環(huán)境比較惡劣，要求焊接接頭具有較高的低溫沖擊韌性，通常的全纖維素焊接工藝難以滿足該要求，經(jīng)過綜合性能比較、實驗和焊接工藝評定，采用混合型手工下向焊焊接工藝，獲得了成功。蘇州工業(yè)園區(qū)輸水管道工程，該工程所用的鋼管規(guī)格為D1400，壁厚14mm。若采用單一的下向焊方法，一道焊口需要7一8層，而采用復(fù)合型下向焊方法，只需4一5層，這樣，根層與熱焊層采用下向焊，可加快焊接速度，而填充層與蓋面層采用向上焊的焊接方法，可減少層數(shù)，由此一道焊口可節(jié)約焊接時間約30mm，可降低焊工的勞動強度，提高工作效率。因此該工程即采用了該項工藝。

3.下向焊焊接工藝在天然氣管道建設(shè)應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題

3.1采用合理的焊接工藝

輸氣管道宜采用低氫型向下焊條，通過上述分析可以看到這樣從焊條上很好地保證了焊接質(zhì)量，但降低了焊接速度，提高了工程造價。因此建議應(yīng)根據(jù)所選用的管材、壁厚、現(xiàn)場施工條件等因素，進(jìn)行綜合比較，采用合理的焊接工藝。

3.2應(yīng)用下向焊工藝，關(guān)鍵在于選用工藝性能滿足要求的焊接材料

下向焊技術(shù)使用的電焊條主要為纖維素型和堿性低氫型兩大類。纖維素型電焊條主要特點是藥皮發(fā)氣較早且多，浸潤性好，根焊成形好，過渡圓滑，同時，其對口間隙小，焊接速度快，效率高的優(yōu)勢也很突出，焊縫氣孔也較少見。

堿性低氫型下向焊電焊條目前國內(nèi)還沒有生產(chǎn)，國際上應(yīng)用較為普遍。該焊條焊縫金屬中含氫量和含氧量較低，在相同條件下，其抗冷裂性和韌性均較纖維素焊條好，并且焊縫金屬具有良好的綜合力學(xué)性能。但是低氫型焊條的電弧吹力不及纖維素焊條大，焊接操作不便，焊接速度慢，電焊條端頭必須有引弧劑，出氣孔的兒率還是較高；若停弧，剩下的電焊條無法使用，對焊接設(shè)備和操作水平要求較高。

3.3焊接順序

管道下向焊宜采用流水作業(yè)，小直徑時，每層由兩名焊工同時自頂部開焊，較大直徑時，一名焊工自管頂開焊，另一名焊工自3時位置處開焊，直徑≥N700時，推薦由三名焊工同時焊接， 以縮短根焊時間，保證層間溫度，另外從不同位置開焊，能有效保證對口間隙不會變化。

3.4焊前預(yù)熱

對焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱有利于打底焊時不粘條，焊接電流穩(wěn)定，坡口兩側(cè)熔合良好。應(yīng)依據(jù)所選用鋼材等級和工藝評定規(guī)定，決定是否需要預(yù)熱。如果要預(yù)熱，可采用在管接頭坡口兩側(cè)100mm范圍內(nèi)進(jìn)行火焰預(yù)熱的方法，溫度為100~200℃，應(yīng)均勻上升，要對溫度進(jìn)行測量控制。

3.5管道組對

宜選用內(nèi)對口器，可實現(xiàn)根焊道一次完成。

3.6焊接設(shè)備

全位置下向焊對焊接設(shè)備有嚴(yán)格要求，所用的電焊機應(yīng)引弧容易，燃燒穩(wěn)定;焊接時飛濺小，不粘條，焊縫成形美觀，體積小，重量輕，以適應(yīng)野外施工的要求。

結(jié)語

加強對下向焊焊接技術(shù)的探討，有助于提高該項技術(shù)在天然氣管道建設(shè)中的運用水平，從而在管道建設(shè)中獲取最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

曾樂：現(xiàn)代焊接技術(shù).上海技術(shù)出版社，1992

陳學(xué)武等：長輸管道向下焊焊接工藝，焊接，1999（10）