箱型体结构焊接变形工艺控制

箱型体结构焊接变形工艺控制吕家才 （天津重钢机械装备股份有限公司 天津300459）【摘要】主要针对箱型体结构焊接易变形，且变形后不易矫正的现象，提出合理的焊接工艺方法。从装配顺序、热输入控制及焊接顺序等方面着手，有效控制了焊接变形，达到了预期效果。实践证明：此焊接工艺不仅对控制箱体焊接变形有显著效果，并且间接降低了公司的生产成。【abstract】With the deformation of welding box structure ,and the phenomenon of the deformation is not easy to correct ,the welding process was proposed reasonable. Starting from the aspects of assembly sequence and the heat inputs control and welding sequence, Effective control of welding deformation, to achieve the desired effect . Practice has proved: this welding process not only control the welding deformation and indirectly reduce the companys the cost of production【关键词】箱型结构 焊接变形 Q345D钢板 CO2气体保护焊 焊接顺序随着世界工业化进程的加快，重型装备制造业得到了快速发展，而箱型结构体是重型装备的重要结构，所以保证箱型结构的焊接质量也就显得尤为重要。箱型体结构由于自身结构及焊接填充量大等各种原因，很难保证其焊接后的变形量，焊接后尺寸达不到图纸要求。本文针对这一现象从焊接顺序及焊接热输入等方面较好的控制了大型箱体结构的焊接变形。1.箱型结构焊接变形分析1.1 焊接变形形成原理所有的熔化焊都经过热源的加热，使接头处的母材及填充材料熔化，然后冷却结晶后就形成焊缝。焊接加热和冷却过程是极不均匀而且远离平衡状态的，因而形成复杂的瞬态温度场和应力应变场1。由于材料在加热及冷却过程中受到约束力，因而产生塑性变形，在焊后的结构中将会一直存在非协调应变，从而产生非常大的残余应力和变形。1.2 焊接变形的影响因素焊接其实是一个局部加热的过程，被焊接材料因为加热和冷却会产生很大的残余应力及变形。其中影响焊接变形的主要因素有2:(1) 焊缝的填充量大，热输入大，材料的变形就大。(2) 焊接时的线能量越大，各焊接参数越大，引起的变形越大。(3) 在不对称焊时，相偏差的越大，焊接后的变形越大。 (4) 被焊结构件的刚性越小，焊接后变形越大。1.3 箱型结构体的变形原因箱型结构体是由四块平板拼接而成，每块长度为5m，面板宽度1240mm，腹板宽度1440mm。设计为了提高构件的刚度及抗扭能力，在箱体内加设了带减轻孔的隔板。隔板四周采用填角焊，箱体四条主焊缝采用双面坡口焊接。箱型体截面见图1，坡口形式及坡口尺寸见图2。由于焊接量太大且熔合截面大，焊接过程中内部不均匀的加热和冷却，会导致被焊构件各部位的金属收缩程度不同，造成焊接变形3。由于箱型结构体的拼装方案、焊接顺序和焊接方向等因素都会使箱型构件产生弯曲、扭曲和收缩等变形。因此，要在没有专用工装的情况下使焊接后的箱型体达到标准及技术文件的要求，就要使用合理的拼装方案及焊接工艺，采用正确的焊接顺序及焊接方向，尽可能的使变形量达到最小。否则箱体结构被焊后变形过大，若变形超标，将很难再矫正，甚至造成构件报废，导致不必要的浪费，无形中增加了成本。 图1 图22.从工艺角度出发控制箱体焊接变形 2.1 组装顺序控制变形由于构件较大且焊接填充量大，如果采用边组装边焊接的方式会因焊接变形使拼装受阻。考虑到箱型构件的断面尺寸大，里面的空间可以满足内部焊接的需要，并且焊接人员可以从隔板中间的孔通过，可以进入箱体内部焊接，因此采用先组装后整体焊接的方法。使用正装法，即下盖板在下依次组装腹板及隔板，一次组装成U型构件，定位完成，再将U型构件中隐避焊缝焊完。最后盖上上盖板，组装成箱型体构件，并在四条主焊缝的两端装好引弧板。2.2 减小焊接热输入控制变形2.2.1 选择热输入较小的焊接方法 埋弧自动焊焊接效率高，焊缝质量好，成型效果好，焊接操作人员劳动强度低，但焊接线热能较高。对于大型箱型结构体的焊接不宜单独使用埋弧焊，并且箱体内部有隔板不宜使用。可以选择CO2气体保护焊，这种焊接方法既能保证焊接效率又能有效减小焊接热输入，很好的控制了箱体焊接变形。2.2.2 焊接规范的选择母材材质为Q345D，箱体四个角为T型接头K型坡口焊缝，隔板四周为双面角焊缝，组成箱体的四块板t=25mm,箱体内隔板t=10mm。选取规范范围内较小热输入的参数焊接，以控制焊接变形。箱体四条主焊缝FCAW焊接参数规定范围见TABLE 2.2.2.1.隔板与箱体的角焊缝FCAW焊接参数选择见TABLE 2.2.2.2 TABLE 2.2.2.1TABLE 2.2.2.22.3 合理的焊接顺序控制焊接变形由于箱体的焊接量相当大，所以焊接顺序的合理性就显得格外重要。不合理的焊接顺序会导致热输入累加过大，焊接应力不能得到释放，最终导致箱体变形过大。因此为了控制焊接变形保证焊接质量，制定并严格实施合理的焊接工艺，按照正确的焊接顺序焊接箱体结构。(1) 焊接时各参数严格按照规定要求选择。(2) 焊接箱体四条主焊缝的方向为从中间向两头焊接。(3) 组对好的U型构件，首先焊接隔板与两块腹板的立角焊缝。为防止隔板自由边变形在焊接之前可在距离隔板自由边50mm处加一临时筋板，筋板规格为PL 10801000，筋板与隔板点焊住，在焊接完隔板的三面角焊缝后去除。焊接两条立角焊缝时为减少热输入防止变形，可采用分段退焊法，每段长度为350mm，焊接方向为从里往外焊接。(4) 焊接隔板与下面板的平角焊缝。此处焊缝可由两人在两面同时焊接，焊接方向一致。(5) 焊接箱体主焊缝时要特别注意温度的控制，防止焊接缺陷的出现，焊前预热温度不小于165，层间温度不大于250。(6) 焊接两腹板与下面板的内侧坡口焊。每条焊缝由两人同时从中间向两边焊接。焊接时注意热输入的控制，每层焊接后都要清渣干净。(7) 把构件翻身并与上面板组装好，焊接隔板与上面板的平角焊缝，焊接方法与(4)相同。(8) 焊接两腹板与上面板的内侧坡口焊。同样采用两人从中间向两端同时焊接，两人的焊接参数选择相同。(9) 焊接两腹板与上面板的外侧坡口焊。在焊接之前先要对内侧焊缝背面清根，要清根到无缺陷，清根时注意不要使碳棒伤到上面板。清根完成后焊接，焊接后注意清理焊渣及飞溅。(10)焊接两侧腹板与下面板的外侧坡口焊。先把箱体翻身，使待焊焊缝处在平角焊位置，方便焊接。在焊接之前，先要对腹板与下面板的内侧坡口焊进行背面清根。清根到无缺陷后方可焊接此处焊缝。焊接时同样要注意焊接温度的控制，热输入不宜过大。3.焊接变形后的矫正 焊接过程是一种复杂的热物理现象，由于复杂热源的影响变形是不可避免的，在焊接工程中只能尽可能减小变形。对于箱型体结构焊接后的局部变形可根据现场被焊构件的实际变形情况使用机械矫正及火焰加热配合矫正。矫正时一般先矫正主体后矫正局部，优先矫正主要构件，后矫正附件。4.焊后结果分析 焊接时严格按照以上装配及焊接工艺执行，能很好的控制焊接变形。焊后的弯曲、扭曲、收缩尺寸量均在设计要求范围之内，为后续现场装配安装工作提供了方便。由于减少了修复矫正工作，也间接的降低了成本。5.结论 （1）在焊接前对箱型体构件结构及变形因素分析，有利于找到控制焊接变形的方法。 （2）装配顺序、热输入控制、焊接顺序等对箱体焊接变形有很大影响，特别是采用合理的焊接顺序能很好的控制焊接变形。（3）实践