大型结构模块现场拼装焊接变形控制

大型结构模块现场拼装焊接变形控制

李学衡

天津联维乙烯工程有限公司 天津市 300271

摘要：以CA20结构模块现场拼装焊接为例,介绍了CA20大型结构模块现场拼装焊接难点,子模块、组合件现场拼装焊接工艺及流程;分析了结构模块现场拼装焊接变形原因,总结了结构模块常用的焊接变形控制方法,并针对大型结构模块特点,提出了控制结构模块现场拼装焊接变形控制措施,为核电站大型结构模块现场拼装焊接变形控制提供参考.

关键词：大型结构件焊接；变形；对策

关键词：大型；钢结构；焊接变形

1、钢结构焊接概述

焊接是利用高温、高压等方式将金属或其他热塑材料结合在一起的方法，焊接有熔焊、压焊、钎焊等，钢结构的焊接基本上采取的是熔焊的方式，焊接的能量来源十分广泛，比如电弧、激光、气体火焰等等都可以使用。在钢结构的焊接过程中工件与焊接材料之间会形成一个熔融区域，待区域内的液体冷却凝固后实现连接的效果。

钢结构焊接技术要求：选择合适的焊接方式，并根据工件要求合理选择焊剂、焊丝；在焊接之前要对工件进行预热，提前确定好需要焊接的位置，做好焊接准备工作；钢结构焊接要严格按照流程顺序进行，工人焊接的速度要平缓，并做好焊接的质量控制，避免出现气孔、烧穿边缘、夹渣、咬边等质量问题，并在焊接完成后要进行焊后处理。

2、大型钢结构焊接变形的主要类型

钢结构焊接变形的原因有很多，不同原因出现的结果也不同。钢结构焊接变形的主要类型有：1）降温收缩纵横变形。该类变形是焊接温度降低金属收缩的过程中，以焊缝为原点，钢结构在纵横轴方向出现的变形。2）降温过程中收缩量的不同导致角度发生变形。钢结构在焊缝位置主要是因为金属收缩量的差异导致角度位移，呈现出角度变形。3）焊缝角螺旋状变形。焊缝角钢结构纵横面无法实现均匀分布，导致变形，进而出现焊接变形。4）错边变形。加热钢结构若发生不均匀情况，构件的收缩度也会不同，进而导致焊缝位置的构件在长和宽上无法相同，导致错边变形。5）两焊缝位置不可能会出现同一焊接变形结果，带给人一种感官扭曲变形，也就是挠区变形。6）波浪形变形。焊缝位置有着自身的内应力，能够在焊接位置出现波浪式表现，即波浪式变形。

3、影响大型钢结构焊接工艺的主要因素

在大型钢结构焊接工艺中，各个部件彼此制约，却又彼此联系。在对部件进行加热工作的时候，很容易出现受热不均的现象，这样一来，就容易造成部件的热胀冷缩，应力不均，最后就容易造成结构焊接的变形与扭曲。本文对影响大型钢结构焊接工艺的多种因素进行的探讨如下:进行大型钢进行结构焊接相关工作时，一定要重视焊接接缝，力求做到均匀，不然的话，就容易造成变形。除此之外，焊接接缝的分布也不宜过密，否则的话，会使应力叠加，加重焊接变形程度。在焊接的时候，变形还会受到结构刚度的影响，刚度越小的构件在焊接后发生的变形就会越大。而且，焊接顺序也是不可忽略的一点，焊接顺序也会对焊接工艺造成一定的影响，如果焊接顺序不当，那么也会诱发变形。还有一个细节问题人们容易忽视，那就是焊接的坡口，它也会影响焊接工艺，坡口越大，变形程度也就会越大。高工艺水准以及严格的焊接规范都能够降低变形的程度。

4大型钢结构焊接变形的控制方法

4.1合理选择焊接材料

为有效控制大型钢结构焊接质量，降低变形问题的发生几率，应当结合工程建设要求及技术标准合理选择焊接材料，尤其是要做好钢材性能的调研分析工作中去，确保其具备良好的焊接性能，且能够满足焊接工件成品质量要求，将焊接变形控制在最小范围内。

4.2选用适宜的焊接技术并规范焊接操作

大型钢结构焊接施工中，焊接技术的选用及规范操作是控制焊接变形的重要方式，要求技术人员结合大型钢结构的质量标准几焊接条件进行综合分析，选用适宜的焊接技术并规范焊接操作。在保证焊接质量的前提下，选用较低的线能量焊材能有效防止焊接变形：埋弧自动焊具有较高的热利用率，焊接速度快且焊接收缩小，便于加强控制；二氧化碳气体保护焊也是控制焊接变形的一种有效方式，与手工电弧焊相比，其效率更高。

由于大型钢结构焊接过程中焊接工件受热后会向一侧收缩变形，因此在实际焊接过程中可以运用反变形控制法。在正式焊接之前，将焊接工件进行弯曲放置，弯曲角度侧歪，为焊接收缩变形留出余量，可有效控制焊接变形。例如：焊接900工件时，可将工件向外侧摆放为920--940，焊接过程中工件受热收缩，刚好回到900位置。

刚性固定法焊接技术是大型钢结构焊接中较常用的一种焊接工艺，原理是对焊接工件进行固定来控制变形，主要依靠外力来减少热应力和刚性力对焊接工件的破坏。应用该法焊接时，应当控制好焊接过程，以减低焊接变形的影响。

4.3加强焊接过程的细节控制

大型钢结构焊接过程中，如果焊接过程控制不到位，极易出现焊接变形问题。因此在焊接过程中，应当从焊接工件厚度控制、焊接预实验等细节入手，优化焊接过程，如待焊接的2个工件之间的厚度不宜过大，选择适当的焊接材料等。

另外，如果焊缝尺寸过大会加大焊接量，焊接变形的风险就随之加大；焊缝过小，焊接冷却速度较快，则极易引发焊接缺陷。因此在大型钢结构中应掌握好焊缝尺寸，保证焊接质量及钢结构承载力满足实际要求。与此同时，要尽可能将焊缝布置在对称于中性轴的位置，同时且对称的开展焊接操作，能够促进焊接变形的相互抵消，为大型钢结构焊接质量控制提供可靠保证。

规范大型钢结构的组装焊接顺序也是控制变形的有效方式。一般遵循先对接焊缝后角焊缝的焊接原则，若连续焊接与断续焊接同时进行，则尽可能先焊接连续焊缝。而中长焊缝的焊接大多以分段焊接的方式进行，通过焊接顺序控制来促进焊缝自由收缩，减少变形几率。

焊接预实验是保证钢结构焊接工艺优良的重要条件，因此相关焊接技术人员用结合焊接需求调整电流电压，做好焊接的预热和预实验工作，并结合预实验结果调整焊接工艺，防止出现焊接变形。如果在大型钢结构焊接过程中出现裂纹，应当立即停止焊接工作，检查焊接点是否存在偏差，焊材是否选用合理，并进行妥善处理，确保大型钢结构焊接过程得到有效优化，降低焊接变形发生几率。

4.4有效控制焊接温度

焊接温度控制是大型钢结构焊接施工中变形控制的有效方法，要求焊接技术人员掌握好焊接温度，保证焊接效果满足大型钢结构焊接要求。如转炉底座的焊接时，200板坯的焊接采用焊前预热，焊后保温。

4.5消除焊接的残余变形

大型钢结构焊接极易受到温度、钢结构材料、承载力、焊接工艺及施工环境等因素的影响而出现焊接变形，严重时会影响结构焊接性能。因此在大型钢结构焊接施工中，应当不断总结焊接经验，采取有效的措施消除焊接中的残余变形，提高焊接质量。在焊接过程中，加热矫正会产生一定应力，一旦这种应力与焊接应力同向叠加，会明显加大构件总应力。这种情况下，如果构件自身无法承受总应力，极易导致钢结构出现变形甚至破坏。大型钢结构焊接中，应当结合制作需求，合理选择施工工艺，将结构变形控制在最小范围内，提高结构的焊接质量。

5结束语

总之，大型钢结构焊接具有一定特殊性，受温度控制、焊接操作、焊接材料等因素的影响，极易出现焊接变形问题，制约焊接性能。因此，在大型钢结构焊接中，应全面分析焊接工件特性，选定适宜的焊接工艺，并加强焊接过程管理与控制，科学控制焊接变形，提高焊接效果，满足工程建设对大型钢结构的要求。

参考文献：

[1]姜龙雄.关于大型钢结构焊接变形控制工艺的若干探讨[J].山东工业技术,2016,06:45.

[2]林焱彬.大型钢结构制作中焊接变形的控制[J].中外企业家,2016,14:230.