1、 管理与技术 2 0 0 5耳第2期 钢结构制造中焊接变形的控制方法 舒先庆 摘要：本文着重介绍桥梁、建筑、 船 舶、 压力容器等钢结构制造中经常遇到的一 个比较棘手的问题一一焊接变形的控制方 法和解决方案 关键词： 焊接变形焊接应力控制方 法 一、前言 焊接变形是焊件在焊接过程中产生的变 形，是钢结构制造中所遇到的一个普遍问 题。如何控制好焊接变形是钢结构产品制造 成功与否的关键之一， 也是难点之一。 有的 工厂因为控制不好焊接变形而报废整个产 品， 如行车梁、吊车梁、 钢平台等等，这样 不仅造成人力、物力的浪费，而且影响了工 期和厂家的声誉。 本文将结合已承建的钢结 构产品， 针对不同的结
2、构形式，介绍控制焊 接变形的工艺方案和控制措施。 二、船舶甲板及上层建筑焊接变形的控 制 如果船舶甲板及上层建筑焊接变形过 大， 则直接影响了船舶外观质量，因此众多 船舶制造厂均在此下了很大功夫来克服焊 接变形，提升产品的外观质量，但是由于船 舶甲板及上层建筑往往板厚较薄，结构较 好， 局部位置焊接热输入量较大，焊接应力 使薄板容易产生失稳， 因此很容易出现波浪 变形。 根据安庆 7 0 m趸船、4 0 0 t 浮吊船、 双l O t 浮吊船、 3 O 车 4 9 8 客海上渡船的成功 制造经验，可以采用以下工艺方案： 所有纵缝端口 要求预先装焊角钢 ( 点固 焊) 以加强钢板的刚性，同时要求
3、采用小线 能量的C O 2 气体保护焊进行焊接， 焊接时要 求焊工分散、 分段退焊，缝口 装配质量应在 规定范围内， 不允许出 现大间隙的缝口， 否 则应采取一侧先 “ 长肉”的施焊工艺进行焊 接， 所有的围壁板扶强材只能点固焊，当围 壁板与甲 板、 围壁板与围壁板间的角焊缝焊 完后，再采用下行焊条 ( J 4 2 6 X ) 焊接扶强 材与围壁板间的角焊缝， 所有角焊缝都要求 严格执行设计要求， 不允许随意增大焊角尺 寸及间断焊间距和焊缝长度。 这样一般可以 较好的控制焊接变形， 局部有变形的 可以稍 稍进行火焰矫正即可达到设计要求和 钢质 内 河船舶入级与建造规范或 钢质海船入 级与建造规
4、范的要求。 三、钢结构 T 形接头焊接变形的控制 T形接头最容易产生角变形，如何控制 角变形是保证 T形接头制造精度的关键之 一，根据表 1 可以得到一些反变形的 参考数 据。 根据此数据在武汉体育场和芜湖体育场 耳板焊接中 ( 图1 )大量采用反变形来控制 耳板角变形，取得了良 好的效果。 四、钢箱梁横隔板单元件制造焊接变形 的控制 许多钢箱梁横隔板的加强肋只布置在一 侧， 横隔板一般比较薄， 部分还有人孔加强 圈，大量的焊缝在一侧进行焊接，容易引起 横隔板的 波浪变形和翘曲变形。以江汉五桥 为例，江汉五桥横梁隔板为中空结构形式， 一3l一 维普资讯 http:/ 管理与技术 2 0 0 5
5、 耳第2 期 表 1 B ( mm) 板 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 o o 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 厚 0 一 矗 ( ： ： = ： ： ： m - ， m ) 1 2 1 o 3 0 l 4 0 l t 2 2 5 3 4 4 5 5 1 4 1 o 2 2 l 4 0 t 2 2 5 3 3 5 4 5 5 5 1 6 1 o 4 t 4 0 t l 1 5 2 2 5 3 3 5 4 4 4 5 5 5 2 0 l 。 l 2 2 2 5 3 3 3 5 4 4 4 5 5 5 2 5 5 5 l 1 5
6、 2 2 5 3 3 3 5 4 4 4 5 5 5 2 8 3 4 I 2 0 I l l l l 1 5 2 2 2 2 5 2 5 3 3 5 3 5 3 0 2 7 2 0 ” O 5 l l l 1 5 1 5 2 2 2 2 5 2 5 3 3 6 l 7 2 0 ” O 5 O 5 O 5 l 1 l l 1 5 1 5 1 5 1 5 2 4 0 l l 2 0 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 l l l l l l 焊前 焊后 图 l 武汉体育场和芜湖体育场耳板插头部件 中间过人孔采用薄板镶边。 这种结构由于焊 缝距离板边太近， 焊接时由于焊接应力产生 的 波
7、浪变形很难控制， 采用刚性固定可以 很 好地解决波浪变形。焊接前采用 2 O号槽钢 焊成一个中空的框架刚性体， 框架上表面要 求平整， 槽钢槽口向 外，以便于装 “ 猴夹” 。 将装配好的横隔板置于槽钢框架中间， 横隔 板板边落于槽钢之上，采用 “ 猴夹”固定， “ 猴夹”间距为3 0 0 m m一个。当隔板四周 固定完毕后， 采用实芯焊丝C O 2 气体保护焊 进行焊接 同时安排二名焊工对称施焊。 为 了防止电弧灼伤眼睛，中间以 三夹板遮挡弧 光。 每名焊工采用分段退焊法施工，焊完一 面后再焊另一面。 经过这种方法焊接的横隔 板很少有超差的波浪变形。 五、压力容器筒体制造焊接变形的控制 压力
8、容器筒体焊接时容易出现“ 桃子尖” 和 “ 桃子尾”的 焊接变形，这将增强焊后重 新辊圆的工序和制造难度， 根据焊接顺序的 不同可以采用不同的 “ 压头”形式和装配形 式来解决这个问 题， 有时可以 达到焊后不用 矫正的效果。具体如下： 维普资讯 http:/ 管理与技术 2 0 0 5耳第2 期 若坡口向筒内，先焊内侧焊缝，外侧清 根后焊接，则按下图装焊： 焊前 焊后 若坡口向筒外，先焊外侧焊缝，内侧清 根后焊接，则按下图装焊： 焊前 焊后 六、压力容器封头制造焊接变形的控制 大型的压力容器封头无法进行整体锻压 成型，往往采用 “ 瓜瓣” 拼焊的方式进行制 造，这样大大增加了 焊接热输入量，
9、 增加了 焊接变形， 而往往这种大型的压力容器封头 是很难进行矫正的， 一旦出 现了超差的焊接 变形则只能报废，2 3 0 0 m L P G贮罐产品就 有这种封头，单个封头直径达 7 m多，由6 个 “ 瓜瓣” 和一个项圆 拼成 为了防止焊接 变形采用双面坡口 手工电弧焊双面焊接， 要 求严格按施工工艺规定的焊接顺序进行焊 接，采用内弧圆模板随时监测变形量， 再根 据变形情况调整焊接顺序。 采用双数焊工分 段对称旖焊，先在封头外侧焊 2 3层，然后 内侧清根焊接， 焊接顺序同外侧。一旦发现 接头处内凹或外凸则立即改为内侧施焊或 外侧施焊。当 “ 瓜瓣”焊缝焊接完3 - 4 层后 焊接顶园与
10、“ 瓜瓣”间的焊缝，改焊缝只焊 接 1 2 的填充量就停止， 待 “ 瓜瓣” 焊接完 后再焊接，反面焊缝翻身后清根焊接。 封头 外形及焊接顺序示意图如下： 2 3 0 0 m 。 L P G 贮罐封头 七、平板对接局部角变形的控制 平板对接在钢结构制造厂中经常遇到， 要获得良好的效果可以采用以下几种方式： 1 、 薄板拼接可以采用专用设备压力 架，使用埋弧自 动焊可以单面焊接双面成 型，而且钢板平面度很好，效率也高。 2 、 厚板拼接可以采用双面坡口 双面埋弧 自 动焊进行焊接，焊接时要求每焊2 - 3 层后 就翻身焊接反面焊缝。 这在武汉自 来水厂预 埋件的焊接过程中应用效果良 好， 该预埋
11、件 为直径2 3 0 0 m m ， 厚度为7 0 m m的圆板，中 间一条对接缝， 按上述工艺焊接后几乎没有 角变形。 3 、 桥梁的面、 底板对接由于不能翻身焊 接， 一般可以采用陶质衬垫单面焊双面成型 工艺， 采用热输入量小的药芯焊丝二氧化碳 气体保护焊进行焊接， 在焊缝的正面或反面 用 “ 马板” 进行固定，以加强钢板的局都刚 性， “ 马板” 按3 0 0 m m 4 0 0 m m的间距布置， “ 马板”与钢板采用定位焊缝进行连接。 4 、 对于板厚为8 1 4 mm的钢板可以采用 陶质衬垫埋弧自动焊单面焊双面成型的工 艺进行拼接， 焊丝直径采用4 m m或5 m m， 陶质衬垫要
12、求采用专用的埋弧焊陶质衬垫， 焊接规范调节合适后， 只需一道即可填满焊 缝坡口， 而且钢板几乎没有角变形。 坡口形 式如下： 一3 3 维普资讯 http:/ 管理与技术 2 0 0 5年第2 期 _jlI r ( I I l r上 八、结语 以上各种工艺方案和控制方法经过多个 已承建产品的实际应用，效果良 好，明显地 减少了矫正工作量， 提高了生产效率，节约 了成本。以上各种方法虽然各有优缺点，但 仍然可以为以后类似结构形式的产品生产 提供借鉴。 参考文献： 1 、 建筑钢结构焊接规程中国计划出 版社，1 9 9 3 2 、 陈祝年编著 机械工业出版社， 2 0 0 2 1 3 、 田锡唐编著 机械工业出 版社， 1 9 8 1 8 4 、 陈伯蠡编著 焊接工程缺欠分析与 对策机械工业出版社，1 9 9 7 1 2 维普资讯 http:/
