摘要：在工程施工过程中，各种设备、管道焊接产生的应力变形是个比较突出的问题，采用合理焊接工艺方法可以较好减少变形。
关键词：工艺 焊接 变形 处理
焊接在设备、管道安装过程中举足轻重，由于焊接过程中的变形与应力直接影响工艺质量、使用性能、配件装配，为提高质量，我们在施工中采取了相对的措施。
一、焊接应力与变形产生的原因
焊接过程中，对焊件进行局部不均匀加热，会产生焊接应力和变形。焊接时焊缝和附近的金属处于高温，焊缝和近缝区纵向受拉应力，远离焊缝区受压应力，整个焊件纵向及横向尺寸有一定的收缩。如果在焊接过程中，焊件能够较自由的伸缩，则焊后焊件的变形较大而焊接应力较小；反之，如果焊件厚度或刚性较大不能自由伸缩，则焊后焊件的变形较小而焊接应力较大。还有组装与施焊的顺序不当，焊接方向不正确，焊接参数不合理，引起局部过热，没有采用适当的辅助措施等。
二、减小焊接变形的工艺措施
由于焊接变形在焊接生产中是不可避免的，因此应在生产中根据焊接结构的具体形式，选用一种或几种方法，以达到控制变形的目的。
1、加裕量法和反变形法 在下料时留一定量，补充焊后收缩。预先确定焊后可能发生的变形大小和方向，将工件放在相反的方向位置上；或在焊前使工件反方向变形，抵消焊后所发生的变形。
2、刚性夹固法 输水主管上常常出现分支，这是根据工艺流程来设计的，如来水汇管到各分支管，然后汇集到出水汇管再输出去。在制作汇管时产生很大的焊接变形，为了减少变形需把此工艺汇管固定起来，如制作Φ426×7汇管，可在其下放一Φ630×7的铜管，用Φ48×4短管固定。因此焊前将工件固定夹紧，并设置拉杆提高焊接刚性，焊后即缩小变形。
3、选择合理的焊接次序 减少焊接变形的施焊顺序方式很多，基本原则是使焊接热比较均匀地加上去；或者使焊接变形相互抵消；或者用前道焊缝提高结构刚性以限制后焊焊缝的变形工序合理的次序可缩小变形。
4、选择合理的焊接工艺 （1）焊接速度高的焊接方法能减少焊件受热，减少焊件受热，减少焊缝冷却时的收缩区宽度，从而减少变形。（2）采用从中间向两端焊，逆向分段焊、跳焊法、多人对称焊，预热焊等。（3）利用减少焊接线能缩小加热区或使不均匀加热或冷却尽可能趋于均匀，达到减少焊接变形的目的。（4）多层焊对减少焊缝的纵、横向收缩以及由此引起的挠曲和失稳变形是有利的，但多层焊对角变形不利。（5）采用小电流、快焊速、不摆动焊法；小直径焊条代替大直径焊条；厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊等。
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5、设计方面 （1）要尽量减少焊缝数量、焊缝长度和焊缝截面积，合理地确定坡口的外形和尺寸，合理布置焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。（2）设计焊接结构时，应尽量选用尺寸规格较大的板材、型材和管材，形状复杂的可采用冲压件和铸钢件，以减少焊缝数量，简化焊接工艺和提高结构的强度和刚度。在容器组焊时，应尽量避免十字焊缝，相邻两筒节纵缝、封头拼缝与相邻筒节的纵缝应错开。
6、焊后矫正 大型设备如加热炉等需现场制作联合梯子平台，角钢、钢管、槽钢、花纹钢板等钢材一般较薄，更容易变形，为了达到质量和美观要求，除了采用一定焊接方法如气焊外，需采取一定的外力措施。直线度可用外力拉直，用气焊加热变形较大处，可减少变形。当采用上述措施后焊接变形仍较大时，则应根据焊件设计要求进行焊后矫正，矫正的方法有机械法和火焰法。
三、实际问题的综合解决
1、如在上面提到的阀组间汇管预制中，为了使变形应力达到最小，使质量达到最优，同时使用几种方法。第一种是反变形法，由于汇管中部应力大，反变形中部也最大。第二种是在汇管内部注入清水，有效地缓解了热应力变形的影响。第三种是制定严格的焊接次序，采用间隔跳焊法，先焊汇管中部焊口，然后先左焊在右焊，其中每个焊口也必须对称焊接，一个焊口不能一下焊完，每个焊口对称焊完一部分后，必须再重新执行左右轮间隔跳焊法，这样把应力及变形向两边赶。
2、工艺安装中的变形纠正
将整个工艺安装分为几个部件，每个部件下又分若干次部件，再下一层是零件，装焊并整形的次序是：零件→次部件→部件→整个工艺总成。这种方法实际上是把某个工艺安装一次焊接所承受的全部热量与变形，分散到前序逐级削弱，并分部件进行矫正变形，以减少总装后的变形。按此种工艺制作的整体变形很小，由于我们根除了最严重的扭曲变形，使该件整形时非常轻松地达到了图纸要求。
3、管线跨渠栈桥型钢的焊接
构件易产生角变形，纵向弯曲、扭曲变形，应采取以下措施：1）制作专用的工作台，改变可操作性。2）调整焊接参数，将角变形控制在3 mm以内，然后用矫正机对其进行校正。3）纵向弯曲和扭曲变形可利用后续焊缝的残余应力平衡上道焊缝的残余应力的办法。4）在拱起的一侧用火焰加热，加热后用冷水进行跟踪冷却。5）采用胎模夹具固定或设拉杆。
四、焊接应力的控制措施
施工首先考虑的是控制焊接变形，但同时忽视了残余应力的产生危害。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布，其控制措施有以下几种：1）减小焊缝尺寸。2）在焊缝较多的组装条件下，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。3）降低焊件刚度，创造自由收缩的条件。4）在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。
五、结束语
综上所述，在施工过程中，一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。
论文作者:张海涛
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30
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