1、焊道清根與角變形控制摘要： 通過焊道清根，調(diào)整焊縫背部坡口尺寸，焊縫金屬填充量，利用焊接反變形，產(chǎn)生焊縫反向角變形，控制焊縫角變形。關(guān)鍵詞: 角變形 焊道清根 焊接變形 焊接內(nèi)應(yīng)力 一 概述焊接是容器類設(shè)備、大型圓形儲罐、球形容器、圓筒形容器組裝成型的重要形式，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金建材、電力儲運(yùn)等行業(yè)。焊接變形（角變形、扭曲變形、彎曲變形等）是造成設(shè)備變形、失穩(wěn)、受力不均，縮短其使用壽命周期、甚至破壞的重要原因。焊接角變形是產(chǎn)生焊接變形中，影響設(shè)備質(zhì)量的重要變形之一。因此，控制好焊道的角變形具有普遍的應(yīng)用價值和意義。筆者就從事球罐、儲罐的組裝焊接實(shí)踐，淺談焊道的清根與角變形控制。二 焊接變

2、形機(jī)理焊接變形的實(shí)質(zhì)是對焊件進(jìn)行局部不均勻加熱或冷卻而產(chǎn)生焊接內(nèi)應(yīng)力，由于焊接內(nèi)應(yīng)力造成的變形。在焊接過程中，不均勻的加熱，使得焊縫附近的溫度很高而遠(yuǎn)離焊縫區(qū)金屬不受熱（或?yàn)榄h(huán)境溫度）。這樣不受熱金屬部分便阻礙了焊縫及焊縫區(qū)金屬的自由膨脹和收縮，因而焊縫有產(chǎn)生了不同程度的內(nèi)應(yīng)力。焊縫內(nèi)應(yīng)力會導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的各種變形，即焊接產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致變形。因此，對于對接板焊接所產(chǎn)生的角變形的控制本質(zhì)上是控制焊縫內(nèi)應(yīng)力的大小。三 焊逢角變形的研究1. 角變形概念角變形概念：焊接角變形是具有一定曲率（曲率為0時平面對接）的對接鋼板間的對接焊縫，沿焊縫垂直方向（焊縫軸線）變形形成的凸形或凹形棱角，如圖（1）所示：圖（

3、1）圖（1） R1為半徑、R2為焊接后半徑、 為壁厚 E為焊接角變形量E=R1-R2 E0 內(nèi)陷（凹陷）；E0 外凸（凸起）角變形普遍存在于圓筒形、球形容器的焊接制造中，是由焊縫收縮引起的最常見的結(jié)構(gòu)尺寸上變形，因此，控制好焊接角變形是保證設(shè)備幾何尺寸的重要措施。2. 焊縫角變形分析焊縫填充金屬量的多少及溫度高低決定內(nèi)應(yīng)力的大小，內(nèi)應(yīng)力的大小決定焊縫變形的大小。而填充金屬量取決于對接坡口的設(shè)計制造加工及組對尺寸。一般球形、圓筒形容器對接焊縫采用不對稱形的x型坡口或v型坡口最為普遍。以球罐對接焊縫為例，如圖（2）：外內(nèi) 圖（2）其角變形為EE= 式（1）式中、分別為外、內(nèi)側(cè)焊縫橫向收縮引起的角變

4、形量。分別為外內(nèi)側(cè)焊縫收縮引起的徑向收縮量之和。A、 B、a、b相關(guān)常數(shù)。n1 n2外、內(nèi)焊縫的焊接層數(shù)由式（1）可知，采用圖（2）坡口形式，外坡口大，焊接層數(shù)多，焊縫填充金屬多。式（1）中第一項大，內(nèi)角變形就大。同理第二項小，引起的外角變形小。兩項疊加在板原方向引起的角度變形不能抵消。則會出現(xiàn)內(nèi)角變形。式（1）中內(nèi)外側(cè)焊縫環(huán)向收縮導(dǎo)致焊縫徑向收縮方向是一致的，其收縮只能引起內(nèi)角變形。三項疊加形成球罐的焊接內(nèi)角變形。因此焊接角變形與坡口有關(guān)E0 時為內(nèi)（凹）變形量，E0 時為外（凸）變形量3. 設(shè)計坡口形式不對稱X或V型坡口在壓力容器球罐、大型貯罐中應(yīng)用最為廣泛。為此，以不對稱X型坡口（v為x

5、 的特例）為研究對象。如圖（3）所示：圖（3）兩種不同的焊接坡口在板厚相同，坡口角度、坡口間隙、焊接工藝相同的條件下，采用（a）（b）兩種坡口，對應(yīng)的角度變形曲線中分別為0A2B2C2 、0A1B1C1 E 外角 變形 A1 B1 C1 E1 0 焊縫 B2 C2 E2 內(nèi)角 A2 變形0A1與0A2 A1B1與A2B2大小相等方向相反，B1C1與B2C2大小相等方向一致E2E1因此，采用不同的坡口形式所引起的角變形是不同的。坡口設(shè)計選擇要依據(jù)板的剛度、薄厚及曲率而定。鋼板薄角變形大，板厚則變形小。內(nèi)外坡口焊完后，保證E=0為最佳選擇坡口。選擇X型不對稱坡口為外大內(nèi)小，薄板采用V型坡口。4.

6、焊逢焊接角變形變化。如圖（4）a、b、c所示：圖（4）a 圖（4）b 焊完大坡口圖（4）c 焊完小坡口焊接工藝：先焊大坡口 背部清根 焊小坡口最終焊道角變形為 E3=E1-E2，E1E2方向相反。當(dāng)E1=E2時，E3=0結(jié)論：當(dāng)大坡口焊完后，E1成型，通過清根控制E2，使E2E1,此時，焊接角變形最小。四、 焊道清根與角變形控制應(yīng)用實(shí)踐根據(jù)角變形與坡口焊道填充量的分析及角變形變化趨勢研究。我們可以得知，焊道的清根坡口尺寸直接影響焊逢的角變形。在施工過程中我們對儲罐施焊中，對焊接的變形及焊道清根與角變形量情況做了過程跟蹤監(jiān)控。球罐參數(shù)一覽表編號介質(zhì)容積/直徑/壁厚M3/mm/mm數(shù)量材質(zhì)壓力（M

7、Pa）坡口形式備注11200/13250/60.53SA573/2.1X型不對稱X射線100%探傷整體熱處理21000/12300/40116MnR/1.8X型不對稱X射線100%探傷整體熱處理3650/10700/40316MnR/2.1X型不對稱X射線100%探傷整體熱處理4650/10700/40116MnR/2.1X型不對稱X射線100%探傷整體熱處理5400/9200/18116MnR/2.1X型不對稱X射線100%探傷在施焊過程中，我們分別對球罐焊縫在組裝完（焊前）及外大坡口焊接后，內(nèi)坡口清根焊接后及球罐整體熱處理完的角變形每500mm做一檢測點(diǎn)。檢測點(diǎn)數(shù)與數(shù)值統(tǒng)計表(略)。1. 組裝完成后角變形一般控制在03mm（規(guī)范要求焊接前E7mm）。2. 焊道外坡口（大）焊完后，角變形E為410mm。根據(jù)角變形大小進(jìn)行分析：角變形大原因：對口間隙小甚至擠死、固定板開裂剛性加固失效、焊工沒有嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝。對策：對于E3mm凹陷變形焊縫部位，保持原設(shè)計坡口簡單 清根后施焊。 對于E為46mm內(nèi)凹陷變形焊縫，在背后清根時，氣刨坡口兩邊各加寬0.5mm，刨口加深1mm后施焊。 對于E為710mm，氣刨口兩邊各加寬0.75mm，氣刨加深1.mm后施焊。3. 采取清根時焊道坡口加深加寬施焊后，焊