钢结构制造中焊接变形的控制方法

作者：武船重型工程有限公司 舒先庆    来源：MM现代制造

欢迎访问e展厅 展厅 8 其它工程机械展厅 钢结构工程, ... 焊接变形是焊件在焊接过程中不均匀加热引起的，是钢结构制造中所遇到的一个普遍问题。如何控制好焊接变形是钢结构产品制造成功与否的关键之一，也是难点之一。有的工厂因为控制不好焊接变形而报废整个产品，如行车梁、吊车梁、钢平台等，不仅造成人力、物力的浪费，而且延误工期，影响厂家声誉。本文结合武船重工公司承建的钢结构产品，针对不同的结构形式，介绍了控制焊接变形的工艺方案。 船舶甲板及上层建筑焊接变形的控制 如果船舶甲板及上层建筑焊接变形过大，则将直接影响船舶外观质量，因此众多船舶制造厂均下了很大工夫来克服焊接变形，提升产品的外观质量，但是由于船舶甲板特别是上层建筑往往板厚较薄，结构较多，局部位置焊接热输入量较大，焊接应力使薄板容易产生失稳，因此很容易出现波浪变形。根据安庆70m趸船、400T浮吊船、双10T浮吊船、30车/498客海上渡船的成功制造经验，可以采用的工艺方案为：所有纵缝端口要求预先装焊角钢（点固焊）以加强钢板的局部刚性，同时要求采用小线能量的CO2气体保护焊进行焊接，焊接时要求焊工分散、分段退焊，缝口装配质量应在规定范围内，不允许出现大间隙的缝口。所有的围壁板扶强材只能点固焊，当围壁板与甲板、围壁板与围壁板间的角焊缝焊完后，再采用下行焊条（J426X）焊接扶强材与围壁板间的角焊缝，所有角焊缝都要求严格执行设计要求，不允许随意增大焊角尺寸及间断焊间距和焊缝长度。这样一般可以较好的控制焊接变形，局部有变形的可以稍稍进行火焰矫正即可达到设计要求和《钢质内河船舶入级与建造规范》或《钢质海船入级与建造规范》的要求。 钢结构T形接头焊接变形的控制 T形接头最容易产生角变形，如何控制角变形是保证T形接头制造精度的关键之一，由表可以得到一些反变形的参考数据。根据此数据，在武汉体育场和芜湖体育场耳板焊接中（如图1）大量采用反变形来控制耳板角变形，取得了良好的效果。 钢箱梁横隔板单元件制造焊接变形的控制 许多钢箱梁横隔板的加强肋只布置在一侧，横隔板一般比较薄，部分还有人孔加强圈，大量的焊缝在一侧进行焊接，容易引起横隔板的波浪变形和翘曲变形。以武汉江汉五桥为例，江汉五桥横梁横隔板为中空结构形式，中间过人孔采用薄板镶边。这种结构由于焊缝距离板边太近，焊接时由于焊接应力产生的波浪变形很难控制，采用刚性固定可以很好地解决波浪变形。焊接前采用20号槽钢焊成一个中空的框架刚性体，框架上表面要求平整，槽钢槽口向外，以便于装C形夹具。将装配好的横隔板置于槽钢框架中间，横隔板板边落于槽钢之上，采用C形夹固定，C形夹间距为300mm。当隔板四周固定完毕后，采用实芯焊丝CO2气体保护焊进行焊接，同时安排二名焊工对称施焊。为了防止电弧灼伤眼睛，中间以三夹板遮挡弧光。每名焊工采用分段退焊法施工，焊完一面后再焊另一面。经过这种方法焊接的横隔板很少有超差的波浪变形。 压力容器筒体制造焊接变形的控制 压力容器筒体焊接时容易出现“桃子尖”和“桃子尾”的焊接变形，这将增加焊后重新辊圆的工序和制造难度。根据“反向变形，以变治变”的原则，按照焊接顺序的不同可以采用不同的“压头”形式（反变形）和装配形式来解决这个问题，有时可以达到焊后不用矫正的效果。 若坡口向筒内，先焊内侧焊缝，外侧清根后焊接，则按图2装焊；若坡口向筒外，先焊外侧焊缝，内侧清根后焊接，则按图3装焊。 压力容器封头制造焊接变形的控制 大型的压力容器封头无法进行整体锻压成型，往往采用“瓜瓣”拼焊的方式进行制造，这样大大增加了焊接热输入量，增加了焊接变形，而往往这种大型的压力容器封头是很难进行矫正的，一旦出现了超差的焊接变形则只能报废。2300m3LPG贮罐产品就有这种封头，单个封头直径达7m多，由六个“瓜瓣”和一个顶圆拼成。为了防止焊接变形采用双面坡口手工电弧焊双面焊接，要求严格按施工工艺规定的焊接顺序进行焊接，采用内弧圆模板随时监测变形量，再根据变形情况调整焊接顺序。采用双数焊工分段对称施焊，先在封头外侧焊2～3层，然后内侧清根焊接，焊接顺序同外侧。一旦发现接头处内凹或外凸，则立即改为内侧施焊或外侧施焊。当“瓜瓣”焊缝焊接完3～4层后焊接顶圆与“瓜瓣”间的焊缝，该焊缝只焊接1/2的填充量就停止，待“瓜瓣”焊接完后再焊接，反面焊缝翻身后清根焊接，封头外形及焊接顺序示意图如图4。 平板对接局部角变形的控制 平板对接在钢结构制造厂中经常遇到，要获得良好的效果可以采用以下几种方式： 1. 薄板拼接可以采用专用设备——压力架，使用埋弧自动焊可以单面焊接双面成型，而且钢板平面度很好，效率也高。 2. 厚板拼接可以采用双面坡口双面埋弧自动焊进行焊接，焊接时要求每焊2～3层后就翻身焊接反面焊缝。这在武汉自来水厂预埋件的焊接过程中应用效果良好，该预埋件为直径2300mm，厚度70mm的圆板，中间一条对接缝，按上述工艺焊接后几乎没有角变形。 3. 桥梁的面、底板对接由于不能翻身焊接，一般可以采用陶质衬垫单面焊双面成型工艺，采用热输入量小的药芯焊丝CO2气体保护焊进行焊接，在焊缝的正面或反面用定位钢板进行固定，以加强钢板的局部刚性，定位钢板按300～400mm的间距布置，定位钢板与钢板采用定位焊缝进行连接牢固。 4. 对于板厚为8～14mm的钢板也可以采用陶质衬垫埋弧自动焊单面焊双面成型的工艺进行拼接，焊丝直径采用4mm或5mm，陶质衬垫要求采用专用的埋弧焊陶质衬垫，焊接规范调节合适后，只需一道即可填满焊缝坡口，而且钢板几乎没有角变形，坡口形式如图5。 以上各种工艺方案和控制方法经过多个产品的实际应用，效果良好，明显地减少了矫正工作量，提高了生产效率，节约了成本。这些方法虽然各有优缺点，但可为以后类似结构的产品制造提供借鉴。(end)

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