王冬 楊靜

【摘要】在油田的設(shè)備加工制作中，需要大量的結(jié)構(gòu)件焊接，焊接的過(guò)程中會(huì)存在焊接應(yīng)力及變形，本文主要是討論結(jié)構(gòu)件的焊接工藝，以及減少焊接變形的具體措施。

【關(guān)鍵詞】焊接工藝 應(yīng)力 變形

在油田設(shè)備的制作加工中，需要進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)件焊接，焊接結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他的加工方式有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、制作周期短等多方面優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)于特定的結(jié)構(gòu)形狀，可以達(dá)到別的加工方法無(wú)法完成的結(jié)構(gòu)。由于焊接過(guò)程中存在的殘余應(yīng)力和焊接變形，會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，本文主要是通過(guò)研究探討結(jié)構(gòu)件的焊接工藝及相關(guān)變形問(wèn)題，來(lái)努力提高企業(yè)在結(jié)構(gòu)件焊接的工藝水平，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 結(jié)構(gòu)件的焊接工藝

結(jié)構(gòu)件的焊接工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑，直接影響了焊接的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性。焊接工藝主要包括型材的預(yù)處理、下料、焊接方法、材料、設(shè)備以及輔助材料、工具等。

1.1 型材的預(yù)處理及下料

為了保證焊接的質(zhì)量，在焊接前必須進(jìn)行型材的預(yù)處理，除去金屬表面附著的油污、銹、氧化皮和灰塵等，以免出現(xiàn)夾渣、氣孔等焊接缺陷，同事提高金屬表面的耐腐蝕性和粗糙度，利于后續(xù)噴漆等操作。型材的預(yù)處理分為化學(xué)處理和機(jī)械處理，化學(xué)處理如酸洗，機(jī)械處理有噴丸法、拋丸法和人工打磨等，具體需要根據(jù)工件的要求來(lái)制定。結(jié)構(gòu)件的下料分為熱切和冷切。熱切有火焰切割、光能切割和電能切割，冷切有剪切和沖裁兩種。對(duì)于油田特種設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中，使用最多的熱切是數(shù)控火焰切割，這種方式能在切割質(zhì)量和變形方面有很好的控制，其高精度和效率的提高，且不需要經(jīng)過(guò)二次拼焊，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 焊接方法與設(shè)備

結(jié)構(gòu)件的焊接常采用氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，一般有二氧化碳保護(hù)焊和混合氣體保護(hù)焊，混合氣體為90%氬氣和10%二氧化碳。混合氣體保護(hù)焊可加強(qiáng)焊接電弧和熔池深度，減少了焊接飛濺和焊接后的打磨工作量，保證了焊接的質(zhì)量。由于焊接的特殊性，結(jié)構(gòu)件的焊接會(huì)、就不可避免的出現(xiàn)變形，應(yīng)對(duì)此類變形多采取拼焊定位工裝，制定合理的焊接順序和走向，還可在焊接前加工工件使其反方向變形，與焊接應(yīng)力變形后中和后保證產(chǎn)品到達(dá)技術(shù)要求。在焊接的方法上，主要采取以下常用工藝：盡量減少焊道的數(shù)量；焊縫的布置相對(duì)于零件的中心線對(duì)稱；較厚的板采取雙面焊；結(jié)構(gòu)件拼焊時(shí)定位基準(zhǔn)和零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致。

1.3 焊接材料

結(jié)構(gòu)件焊縫的性能質(zhì)量直接由焊接材料的性能和化學(xué)成分決定，焊接材料的選用原則是焊縫金屬的性能高于或等于母材的性能，對(duì)于一些特殊焊接還需要考慮材料的焊接性能。如結(jié)構(gòu)件為壓力容器時(shí)，焊材的選用還需要依據(jù)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)以及制造工藝、使用環(huán)境等。

1.4 焊接的輔助及質(zhì)量保證

在焊接的過(guò)程中選用不同的焊接輔助材料和工具就能有效的提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)板材和圓形結(jié)構(gòu)件等采用不同的輔助工具，如十字操作架和變位機(jī)等，能方便操作者的焊接，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高焊接質(zhì)量。結(jié)構(gòu)件的形式多樣化，雖然采用了必要的質(zhì)量控制措施和先進(jìn)的焊接工藝，但是還是會(huì)出現(xiàn)一些焊接缺陷，成品中會(huì)存在一定的咬邊、氣孔、夾渣等，所以在焊接完工后需要對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，有問(wèn)題的工件及時(shí)返工，對(duì)于不重要部件，可做適當(dāng)?shù)拇蚰?lái)保證外觀后轉(zhuǎn)入下道工序，對(duì)于重要的焊縫，需要進(jìn)行超聲波探傷等無(wú)損檢測(cè)來(lái)確保焊縫質(zhì)量。

2 結(jié)構(gòu)件變形的相關(guān)討論

焊接結(jié)構(gòu)件的過(guò)程中由于不均勻的加熱和冷卻就形成了應(yīng)力和變形，熔池金屬的冷卻過(guò)程中液態(tài)到固態(tài)的變化以及溫度的降低會(huì)使得焊縫收縮，也是應(yīng)力和變形產(chǎn)生的因素之一。焊接變形就會(huì)給后期的裝配工作帶來(lái)影響，這就需要在焊接過(guò)程中做好變形量的控制，以下主要是從焊接件材料選擇和設(shè)計(jì)合理的焊接結(jié)構(gòu)方面來(lái)討論減少變形的方法。

2.1 選用合理的焊接件材料

焊接件的材料決定了結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量。對(duì)于焊接件材料的選擇，首先要根據(jù)結(jié)構(gòu)件的受力情況、工作條件以及相關(guān)設(shè)計(jì)要求。主要是從以下幾個(gè)方面考慮

（1）盡量選用同種材料。結(jié)構(gòu)件的制作一般是多個(gè)零件和構(gòu)件通過(guò)焊接而形成，考慮到焊接過(guò)程中的一些工藝，選擇同樣的結(jié)構(gòu)件材料就能利于材料的采購(gòu)、焊接方法和焊材選擇、焊接工藝的制定。實(shí)際生產(chǎn)中，出于成本考慮，還需盡量減少貴重金屬的使用，這就需要綜合考慮結(jié)構(gòu)件對(duì)焊接質(zhì)量要求以及相關(guān)成本控制。

（2）選用焊接性能好的材料。對(duì)于結(jié)構(gòu)件的材料選擇時(shí)，需要從材料的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)件的工作條件等方面考慮。在滿足這些性能后，盡量選用焊接性能好，且適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)焊接方法。在材料滿足焊接方法普通和焊接性能好的前提下，需要考慮經(jīng)濟(jì)性。選用價(jià)格低、供應(yīng)充足易采購(gòu)的材料，降低成本的同時(shí)對(duì)于材料的短缺也容易得到補(bǔ)充，有利于提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 設(shè)計(jì)合理的焊接件結(jié)構(gòu)

焊接件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及形變的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這也關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、壽命等問(wèn)題，提高焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)方面來(lái)提高。

（1）減少焊縫的數(shù)量 結(jié)構(gòu)件由多個(gè)零部件焊接而成，在結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要盡量減少零件的數(shù)量來(lái)減少焊縫數(shù)量。這樣就從本質(zhì)上減少了焊接應(yīng)力的產(chǎn)生，提高結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度。

（2）焊縫的分布盡量在應(yīng)力較小處 由于結(jié)構(gòu)件的承載，內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，零部件的形狀不同而受力不一致，在不同的部位和截面產(chǎn)生不同的應(yīng)力。為了減小焊接的缺陷和應(yīng)力集中等破壞因素就需要盡量把焊縫布置在受力相對(duì)較小的部位。

（3）選擇合適的接頭形式 結(jié)構(gòu)件的焊接接頭性能與質(zhì)量決定了焊接結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定可靠性。通過(guò)大量的焊接接頭試驗(yàn)研究表明，其對(duì)結(jié)構(gòu)件的性能和可靠性以及應(yīng)用范圍都有著很大的影響作用。熔焊的焊縫主要有對(duì)接焊縫和角焊縫，相對(duì)應(yīng)的焊接接頭有對(duì)接接頭、角接接頭、T形接頭、搭接接頭和塞焊接頭等。接頭的選擇應(yīng)優(yōu)先采用形式簡(jiǎn)單且應(yīng)力集中較小而不破壞接頭的連續(xù)性接頭形式。如對(duì)接接頭就是一種應(yīng)力集中小、形式簡(jiǎn)單且較少折轉(zhuǎn)力的傳遞的典型焊接接頭形式。

（4）盡量減少焊縫的截面尺寸、采用對(duì)稱焊接 焊接的變形與熔池內(nèi)金屬的多少有關(guān)系，所以可以采用雙U形破口和雙V形破口來(lái)代替V形破口，減少焊縫的的截面積，且在焊縫的厚度方向?qū)ΨQ，形成一致的收縮來(lái)減少變形。結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)過(guò)程中也盡量選用對(duì)稱的構(gòu)件截面焊縫位置，抵消焊接引起的形變。

對(duì)于結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量，主要是對(duì)焊接應(yīng)力的防治和消除，減少和校正焊接變形。結(jié)構(gòu)件的焊接是一項(xiàng)較為復(fù)雜而系統(tǒng)的焊接工程，由于結(jié)構(gòu)件零部件的數(shù)量大，需要再焊接過(guò)程中綜合考慮影響焊接質(zhì)量的結(jié)構(gòu)件材料、預(yù)處理方式、焊接工藝及相關(guān)的輔助工具使用。對(duì)于發(fā)生形變的結(jié)構(gòu)件也要采取正確的矯正措施，來(lái)保證質(zhì)量及安裝要求。

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