压力钢管焊接变形控制

摘 要压力钢管是一种典型的焊接结构,但是在焊接制造、焊接生产过程中,由于现场作业、拘束条件、以及压力管道结构不均匀相变、冷却、加热等原因,导致很容易就在焊接接头内产生瞬态变形和瞬态热应力.本文首先分析了压力钢管焊接变形的主要影响因素及控制措施,其次,探讨了控制压力钢管焊接变形的技术要求,提出了自己的建议和看法.

关 键 词压力钢管；焊接变形；技术要求

中图分类号TG441文献标识码A文章编号1673-9671-（2012）122-0162-01

压力钢管是一种典型的焊接结构,广泛被应用于市政建设、能源、化工、石油、水利水电工程等重要部门的结构件.但是在焊接制造、焊接生产过程中,由于现场作业、拘束条件、以及压力管道结构不均匀相变、冷却、加热等原因,导致很容易就在焊接接头内产生瞬态变形和瞬态热应力.尤其是焊缝横向收缩会严重影响到压力钢管的安装焊接性能.本文就压力钢管焊接变形控制进行探讨.

1压力钢管焊接变形的主要影响因素及控制措施

1.1主要影响因素

主要影响焊接结构变形的因素有：①焊接方法.这个主要是反映在V与I的作用上,埋弧焊（SAW）的线能量大,手弧焊（AW）的线能量较小,正相反性在回转变形上表现得较为显著.②坡口或者根部间隙.焊条金属熔敷量W随着坡口或者根部间隙的增大而增大,出现横向收缩增大或者收缩变形的现象,坡口两面角度比例有影响.③单位长度焊条金属熔敷量W或者线能量.收缩变形量与线能量是成正比的,而lgW越大,收缩变形量也就越大.④焊接顺序.应该尽量避免出现集中热作用的现象,应力求热作用应该做到对称、均匀、分散.

1.2控制措施

按照压力钢管焊接的特点,以及焊接结构变形对于压力钢管造成的影响,压力钢管焊接变形主要可以划分为三种类型,分别是消除变形、容许变形、减小变形.

1.2.1容许变形

因为有一些焊接变形是必然发生的,不能避免的,所以,压力钢管的一个重要的技术问题就是要有效地制定变形容限标准.我国在长期实践和理论研究上,对于压力钢管焊接变形的可控程度和何种变形程度不会有害于压力钢管使用和安装有了一定的研究基础,也相应地制定出了一些变形容限.对于这些容许变形,DL/T5017-2007《水利水电钢压力钢管制造安装验收规范》有着较为通用的规定.

1.2.2减小变形

1）减小线能量

焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩能够通过减小线能量来进行有效地防止,尤其是T形接头的角变形和横向收缩的效果最好.而压力钢管在焊接过程中,主要是横向焊缝和纵向焊缝.因此,我们在进行压力钢管的施工过程中,应该重点控制住焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩,尤其是对于圆度控制而言,波浪变形和角变形是极为主要的.

当线能量处于一定值的时候,我们如果增大板厚δ,那么就会造成收缩变形下降；但是存在一个难题,那就是压力钢管在焊接过程中必须要焊透,随板厚δ增大,线能量也会随之而增大,也就是焊条金属熔敷量W会增大,从而也会导致收缩变形量增大.另外,我们在实际焊接施工过程中,焊缝是很有可能需要局部返修,一次焊接是很难将压力钢管焊透,达到我们的要求,这样也会导致板厚δ增大,这样一来,收缩变形量就会不可避免地增大.所以,在设计过程中,我们应该尽量优化、充分考虑到板厚δ.

同时,在制作过程中务必要控制好坡口或者根部间隙造成的影响,制作时应该在平台平面度控制在2mm的专用平台下料开坡口处进行,下料尺寸、钢板画线务必要精确.还要特别注意控制钢板卷制过程中卷板机卷辊轴心线和钢板宽度中心线的垂直度,若事先已经开好纵缝的坡口,那么再开坡口,那么间隙就随之增加,那么必然需要重新修整坡口.若不垂直,那么,容易造成纵缝间隙过大,纵缝的修整工作量过多.

实际操作中,如果是薄板,纵缝往往在拼装单件成圆时先将周长方向多余部分割除,再开坡口.这一方法虽然坡口间隙不大,但是用手工割除多余部分钢板时,不可能很直,纵缝线性弯弯曲曲,极不规则,对于焊接变形、焊接质量有不利影响.对于厚板结构,当圆半径较小时,还是应当精确下料（预留纵向焊缝压头长度）,开好横向坡口,卷制成弧后利用半自动切割机切除纵向焊缝多余部分并开好坡口,然后进行拼装,这样对焊接变形、焊接质量影响最小.

2）自由收缩

在压力钢管焊接之前,应该让焊接后收缩变形与结构反变形相互抵消,从而大幅度降低或者消除焊接变形,所以,我们应该先焊纵向焊缝的内侧,然后再进行适当的拼装,让基准圆半径略小于拼装构件的圆半径,两圆在焊接收缩后就会达到基本重合的状态,角变形就会得到较好地消除.值得注意的是,由于板厚、管径各异不同,那么两圆的半径可以由施工实践中的实践经验得出.

1.2.3消除变形

目前主要有机械加压矫正变形法和火焰加热矫正变形法能够将已存在的焊接残余变形进行有效地消除,这是经过大量的实践和理论研究得以证实的.

2控制压力钢管焊接变形的技术要求

1）为了有效地降低压力钢管的收缩应力和焊接变形,应该采取定位焊点焊的方式,且为了大幅度降低对结构变形不利的拘束和确保先焊接的部分可以自由收缩,压力钢管的焊接顺序应该从构件受周围约束较大的部位开始,然后再逐渐地向约束较小的部位推进.

2）焊件如果按照焊接工艺评定要求需要预热的,那么应该对其主缝和定位焊缝二处同时进行预热,焊接温度务必应该在焊接过程中得以保持.与主缝预热温度相比,定位焊缝预热温度相应需要提高20～30℃左右.采用对加热板进行均匀加热的方式来对主缝和定位焊缝预热,预热区的宽度不小于100mm,一般是在焊缝中心线两侧各3倍板厚左右,每条焊缝测量点不少于3对.焊接温度务必要符合焊接工艺的规定,加热能量务必要符合规范要求,如果没有具体的规定,那么就应该参照DL5017-93表6.3.12推荐值.

3）一旦对压力钢管的焊缝进行焊接时,一定要保持连续性,不能在中途无故中断.如果实在是由于特殊原因而不得不暂时中断,那么也应该采取相应的防止焊缝开裂的措施,将其表面清理干净,确认焊缝区不存在任何的缺陷之后,再按原工艺进行重新焊接.

4）参与压力钢管焊接的技术人员都应该按照国家和行业相应的法律法规,取得相应的上岗资格之后才能够施工.如果已有相应的合格证,但是已经连续有6个月以上时间没有从事焊接工作者,不能允许其立刻上课,必须进行重新考试合格之后才能够上岗.焊接变形和焊接质量都会受到焊接人员水平的直接影响.水平高超的焊工在执行线能量范围方面会更加坚决、灵活,也可以大幅度降低焊缝返修次数与数量,从而减少焊接变形.

3结束语

总之,压力钢管制作焊接变形控制是控制形位尺寸的一个重要因素.控制焊接变形主要是控制线能量,线能量应由焊接工艺评估确定.