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，焊接的過程中會存在焊接應(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，需要進行大量的結(jié)構(gòu)件焊接，焊接結(jié)構(gòu)相對于其他的加工方式有生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)省材料、制作周期短等多方面優(yōu)點，而且對于特定的結(jié)構(gòu)形狀，可以達到別的加工方法無法完成的結(jié)構(gòu)。由于焊接過程中存在的殘余應(yīng)力和焊接變形，會直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，本文主要是通過研究探討結(jié)構(gòu)件的焊接工藝及相關(guān)變形問題，來努力提高企業(yè)在結(jié)構(gòu)件焊接的工藝水平，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟價值。

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)處理和機械處理，化學(xué)處理如酸洗，機械處理有噴丸法、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。對于油田特種設(shè)備的生產(chǎn)過程中，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焊進行焊接，一般有二氧化碳保護焊和混合氣體保護焊，混合氣體為90%氬氣和10%二氧化碳?；旌蠚怏w保護焊可加強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、就不可避免的出現(xiàn)變形，應(yīng)對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；焊縫的布置相對于零件的中心線對稱；較厚的板采取雙面焊；結(jié)構(gòu)件拼焊時定位基準(zhǔn)和零件的設(shè)計基準(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，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等，能方便操作者的焊接，降低勞動強度，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)量控制措施和先進的焊接工藝，但是還是會出現(xiàn)一些焊接缺陷，成品中會存在一定的咬邊、氣孔、夾渣等，所以在焊接完工后需要對工件進行檢測，有問題的工件及時返工，對于不重要部件，可做適當(dāng)?shù)拇蚰肀ＷC外觀后轉(zhuǎn)入下道工序，對于重要的焊縫，需要進行超聲波探傷等無損檢測來確保焊縫質(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，熔池金屬的冷卻過程中液態(tài)到固態(tài)的變化以及溫度的降低會使得焊縫收縮，也是應(yīng)力和變形產(chǎn)生的因素之一。焊接變形就會給后期的裝配工作帶來影響，這就需要在焊接過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)計合理的焊接結(jié)構(gòu)方面來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)計要求。主要是從以下幾個方面考慮

（1）盡量選用同種材料。結(jié)構(gòu)件的制作一般是多個零件和構(gòu)件通過焊接而形成，考慮到焊接過程中的一些工藝，選擇同樣的結(jié)構(gòu)件材料就能利于材料的采購、焊接方法和焊材選擇、焊接工藝的制定。實際生產(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。對于結(jié)構(gòu)件的材料選擇時，需要從材料的強度、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)濟性。選用價格低、供應(yīng)充足易采購的材料，降低成本的同時對于材料的短缺也容易得到補充，有利于提高產(chǎn)品的競爭力。

2.2 設(shè)計合理的焊接件結(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，這也關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)件的強度、壽命等問題，提高焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計可以從以下幾個方面來提高。

（1）減少焊縫的數(shù)量 結(jié)構(gòu)件由多個零部件焊接而成，在結(jié)構(gòu)件的設(shè)計過程中，需要盡量減少零件的數(shù)量來減少焊縫數(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。通過大量的焊接接頭試驗研究表明，其對結(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接焊縫和角焊縫，相對應(yīng)的焊接接頭有對接接頭、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。如對接接頭就是一種應(yīng)力集中小、形式簡單且較少折轉(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，形成一致的收縮來減少變形。結(jié)構(gòu)件的設(shè)計過程中也盡量選用對稱的構(gòu)件截面焊縫位置，抵消焊接引起的形變。

對于結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量，主要是對焊接應(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。對于發(fā)生形變的結(jié)構(gòu)件也要采取正確的矯正措施，來保證質(zhì)量及安裝要求。

參考文獻

[1] 黃明亮.結(jié)構(gòu)件焊接變形控制淺談[J].科技與企業(yè)，2012.16

[2] 杜藝.淺析焊接變形成因及預(yù)防[J].中國房地產(chǎn)業(yè)：理論版.2012.5