重庆钢铁集团建设工程有限公司 重庆市 400084
摘要：高炉嘉恒阀的安装焊接是一项经常性工作，安装质量直接关系到炼铁效率和嘉恒阀的使用寿命，安装质量中占比最大的是焊接变形，只有在安装过程中有效控制了焊接变形，才能使嘉恒阀的安装质量得到保证。
关键词：高炉嘉恒阀；焊接变形；控制方法
一、 前言
现在中国的黑色冶金在全世界产能第一，炼铁几乎都是采用高炉，高炉大多数都配有高炉嘉恒阀，因此高炉嘉恒阀保有量非常大，同时该设备的使用也非常频繁，容易出现损伤和损坏，都必须进行检修和维护，检修的质量直接影响到以后的使用功能和使用寿命，因此检修过程中的质量控制就是尤为重要了。
该设备结构以钢结构为主，在检修时多部位需要现场施焊，焊接过程容易造成结构变形，该质量问题直接影响到设备的使用功能和使用寿命，因此我单位通过多年的检修工作实践，总结了一些质量控制的方法，现对这些方法进行论述，供大家参考。
二、工程现状
重庆钢铁股份公司炼铁厂高炉嘉恒法壳体及附属机构（全是钢结构件）是炼铁厂除渣的重要设备，长期经受高温高速水渣的冲刷和高温蒸汽的侵蚀，导致壳体和水箱本体严重磨损和腐蚀锈穿，从而造成高炉及蒸汽泄露，影响环境及危及操作人员安全，因此每隔三到五年都需进行更换。
我公司长期承接炼铁厂高炉嘉恒法壳体及附属机械的更换工程，对工程要求比较了解，通常拆除和安装工期都比较短，工作量还特别大，尤其是水箱制作和安装的焊接质量要求很高，而安装和使用过程容易产生变形，此质量问题将直接影响工期、成本和人员安全，投入使用后还会影响设备的使用寿命和使用功能的发挥。我们通过一个工程较为深入的研究，对控制焊接所产生的残余应力，减少发生结构变形，提高工程的总体施工质量等方面，发表一些自己的经验总结。
三、原因分析
（一）行业中存在的变形形式：
众所周知，附属钢结构连接普遍采用焊接，且对于一些重要焊缝一般都采用全熔透焊接。金属焊接时在局部加热、熔化过程中，加热区的金属与周边的母材温度相差很大，产生焊接过程中的瞬时应力。冷却至原始温度后，整个接头区焊缝及近缝区的拉应力区与母材在压应力区数值达到平衡，这就产生了结构本身的焊接残余应力。此时，在焊接应力的作用下焊接件结构发生多种形式的变形。钢结构在焊接过程中产生的基本变形如下：
焊接变形主要有收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形六种基本形式。其成因如下：
收缩变形——是由于焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直焊缝方向）收缩引起的；（图1-a）
角变形——由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形；（图1-b）
弯曲变形——由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大而引起的工件弯曲，多出现在“T”型梁焊接加工过程中；(图1-f)
扭曲变形——由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接加工过程中；(图1-d)
波浪变形——这种变形易发生在薄板焊接过程中。是由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件成波浪形。(图1-e)
错边变形——焊接过程中，由于两块板材的热膨胀不一致，可能引起长度方向或厚度方向上的错边。（图1-c）
（二）以前工程中出现的变形形式统计
查工程施工记录统计了不同时间、不同地点的此类钢结构工程，在这些工程中往往会出现钢结构焊接顺序不当、焊接质量未达到要求、下料方法不当、卡具使用方法不当等导致了一些质量问题的发生。
以上数据为我们在以前多次施工的施工记录和验收记录的相关数据加以整理得到的，因此对这次钢结构制作，特别是防止钢结构制作变形有着重要的指导意义，可供对比。
（三）查找造成变形的原因：
造成嘉恒法钢结构制作安装工程焊接变形的现状和原因进行对比分析，可能存在以下对应的原因：
1、原材料
1）材料不规范
2）原材料进场后标识不清
3）堆放零乱、不规整、无防雨措施
2、施工过程
（1）零、部件加工
切面质量、矫正和成型、边缘加工、制孔机切割精度
4）下料人员水平不高，考虑不全面
5）下料方法不当
6）号样马虎，编号不清，没有统筹安排，长短搭配不一，没有按规定的方向取料
7）切割截面与钢材垂直度有偏差
（2）钢构件预拼装、组装
构件连接处几何截面尺寸、圆弧板连接处的腹板中心线偏移、受压构件弯曲失高
8）端部铣平长度平面度、垂直度偏差
9）构件安装和水平位置不符合要求
10）安装焊缝坡口角度钝边不符合要求
11）组装尺寸不准确平直，随意拼接、强制装配
12）圆弧板连接处的腹板中心线偏移
13）轴线交点错位
14）预拼装所用的支撑和平台没搭设好，没有测量找平
（3）钢结构安装焊接
焊缝表面缺陷、预垫和后垫处理、焊缝尺寸偏差
15）构件没有采取自动焊接
16）操作人员技术不熟练
17）选择焊条型号与主体金属强度不相对应，且焊条没有烘干
18）焊前杆件和锥头没有定位架定位就开始点固焊
19）焊接电流掌握和焊接通电时间不规范
20）焊接顺序不当
21）焊道焊完后没有及时清理检查
22）焊接时在台座上或在重叠的构件上没有设置夹具、固定卡具
（4）成品保护不足
23）没有归类码放、地面放置不平、成品随意堆压
24）吊装时起吊点(即中心)没有找对，导致起吊不稳使之形变
3、管理制度
25)没有严格履行工序交接制度
26）奖罚制度落实不够
（四）确定影响变形的主要原因
根据查找出来的26项造成质量问题的因素进行分析排查，找出了影响最大的4个原因，见下表（序号对应上节半括号内的编号）：
四、制定对策措施
五、按对策措施实施
1、重新制订焊接次序。
采用分中对称焊法，及两名电焊工在构件两端同时相向或相反方向施焊；
在对称位置上采用相同电流和电压；
并特别要求，两个焊工进行焊接时，其焊接速度一定要保持一致；控制在18-22厘米/分钟之间。
从中间向外分段焊接以减少局部过热的不均匀性和不对称性，从而控制焊件的变形。
2、在施工之前对焊工进行培训
在施工之前, 对焊工进行有针对性的培训, 让有经验丰富的老技师进行示范，并进行以下方面的内容和要求：
焊接过程中要掌握正确焊接顺序；
在焊接之前，要按照焊接工艺文件的有关规定，调整好焊接参数，如电流和电压，要在要求范围之内，不能过大或过小。
3、重新制订下料方案
采用自动双火焰法；
板两侧同时切割；
双火焰的热度或者说热能量要保持相对一致。
4、合理使用夹具，所谓合理就是在进行焊件组对夹合时，夹的位置和夹紧力要合适。
根据中性轴原理，焊封纵向变形如图所示，采用适当的方法，将两块一般用U型夹子加紧，十分有效。
六、效果检查
对策实施后,在施工的每个阶段按照对策表的要求,对每个要因的实施效果分别进行核查，对变形量进行了统计，验证对策的正确性及可行性并将最终结果进行记录。
针对此类钢结构工程的焊接变形因素进行了严格控制，通过本次钢结构拆除安装质量达到了目标要求，变形量控制在规定范围之内，而且焊接的焊缝质量大幅提高，达到了预期的效果，效果检查如下图:
对比相同的工程项目，变形超标准数目由过去工程的90点降到了现在的20点，效果良好。
七、结语
在本工程安装中，通过公司技术人员的认真研究，使用各种有针对性的措施，大幅降低了出现焊接变形的数量，达到了预期的目标。虽然本次只是一些基础性的研究，但全行业高炉嘉恒阀及附属钢结构保有量非常大，很小的人力物力的节约都非常可观。
1、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）
2、《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB50231-2009）
3、《炼铁机械设备安装规范》 （GB50679-2011）
4、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2017）
论文作者:何中文
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第13期
论文发表时间:2019/10/16
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