容器焊接

出处：按学科分类—工业技术 中国商业出版社《油田地面建设工程质量通病防治手册》第72页（4136字）

2．3．2．1 焊接变形

1．现象

在容器上的焊件及其主体焊接后，常见的变形形式和现象有：焊件的焊缝两侧产生纵、横向的收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪式等变形。

2．原因分析

焊接变形的主要原因是焊件在焊接过程中，由于不均匀的局部加热，产生焊接内外应力，焊接后的构件在焊缝及热影响区的金属均收缩，这就导致焊接过程中发生各种变形。归纳起来，焊件在各种条件作用下发生变形的原因如下：

(1)焊件不均匀的受热和冷却。

(2)焊缝金属熔化时的热胀，冷却时熔体凝固的收缩。

(3)材料产生塑性变形后发生再结晶引起金属内部结构组织不均匀的改变。

(4)两个对接焊件厚度相差较大，使重量和刚性不等，引起不均匀收缩，并同时产生较大的应力。

(5)焊接时采用不合理的焊接程序和焊接规范等也会引起系列变形：

①焊件纵、横向缩短：是由于焊缝的纵向和横向都收缩引起的。

②焊件角变形：是由于在焊件的焊缝上下两面的横向不均匀收缩引起的。

③弯曲变形：主要原因是结构焊缝布置不均称使焊缝的纵向缩短，同时焊件的受热均匀程度、焊件置放位置及本身刚度强、弱与外力作用等，均与产生弯曲变形有关。

④波浪变形：波浪变形主要是在薄壁结构容器中，由于焊接焊缝纵向缩短对其边缘产生压应力引起的，更主要是由焊接变形的外应力大于金属的内应力而引起；另一原因是焊缝横向缩短的同时形成压力，又造成角变形。在不规则的波浪变形和角变形的同时，也会产生扭曲变形。

⑤扭曲变形：造成扭曲变形的因素较多，如拼装、组焊质量不好，工艺不当，焊件放置位置、焊接顺序和受热程度不当等，均使焊件产生不同方向的交错扭曲变形。

3．防治措施

防止容器焊接变形的具体措施，应从设计到加工制造逐道工艺来入手。

(1)设计上应根据容器结构的特点选择焊接性能较好的金属材料，在材料规格、尺寸允许的条件，尽量减少焊接焊缝，并把结构焊缝以轴心对称安排，可防止或减少应力变形。

(2)制造工艺中，应根据设计意图要求安排结构排板图。在材料有效面积达到要求时尽量减少焊接缝，同时安排结构焊缝位置时，在保证对称等距离前提下，应将焊缝放在结构最短处，以达到焊接时受热均匀，避免热量集中，可减少因焊接应力而导致的变形。

(3)容器加工对板材造成变形时，应进行矫正，如果该变形及应力的缺陷不消除，会使各后道工序增加累计变形。

(4)拼装、组焊时，应保证焊件放置的支承面的支承力达到稳定，以防止焊件受热时，强度较低产生塑性变形。一般在组焊时应按下述措施防止变形：

①如果容器结构属于塑性较好的低碳钢和低合金钢时，在焊前可用工具进行加固，以增加焊件刚性，可防止焊件由高温到冷却产生的收缩变形，由加固工具来强制阻变。这种方法只适用于一些低碳钢的结构容器，对机械性能影响不大；不适用高强度钢板结构的焊接变形，因限制其变形会增加应力，易产生裂纹等缺陷。

②容器壁在进行成圆前的平板拼接时，通过反变形可防止变形。反变形是根据经验或试焊法的验证，判断焊件焊后冷却收缩时所发生的变形方向和变形量的大小，在焊前对焊件给予焊接相反变形的预消变形量，可防止焊后变形。

③采取正确的焊接顺序可防止变形。一般做法是由若干名焊工，沿容器的纵缝均匀地分布或沿一环缝的周长等距分布，一起同时施焊，以使焊件的受热、冷却保持均匀，这样可减少焊接时造成应力的变形。

2．3．2．2 一般性飞溅、熔合性飞溅

1．现象及危害

手工焊接时，在焊缝及其两侧母材上产生一般性飞溅和严重性熔合飞溅。一般性飞溅是手工焊接常见的焊接质量通病；但产生严重性熔合性飞溅，其危害甚大，它会增加母材局部表面淬硬组织，易产生硬化发生脆裂及加速局部腐蚀性等缺陷。

2．原因分析

(1)焊条保管不当，使其表面涂料变质，更严重的是受潮，使内部含有大量气体。

(2)选择电流过大，受潮的焊条内部含有大量的水分，在高温熔解下，一部分水分被熔解在熔液中，在焊接电弧高温作用下，使熔解在金属内的熔液气体发生剧烈膨胀而胀裂，造成小粒熔液金属滴落到焊缝及其两侧母材上。当温度不高时，小粒熔液金属冷却成一般性飞溅；当温度较高时，小粒熔液金属熔合在焊缝及其两侧母材表面的受热区域，称为熔合性飞溅。

3．防治措施

(1)加强焊条管理制度，使焊条不变质、不受潮。库房内的焊条应放置在通风良好、架空距地面高度不少于300～500mm的高处。

(2)为了避免焊接产生飞溅，露天场合焊接容器，在雨、露、雪等焊接潮湿环境，不采取有效防护措施，不得进行焊接。

(3)为了保证焊接环境，防止飞溅物产生，应提高温度，消除湿度。具体做法如下：

①控制焊接环境的温度和相对湿度，应在焊接容器表面0．15～1m处测量，当环境温度在－5℃以下、相对湿度在90%以上时，应采取适当的防护措施，方可施焊。

②板件焊前要清理坡口表面及其两侧不少于30mm范围内的水分、油污、铁锈等。

③焊接材料(焊条、焊剂等)应有烘干和发放制度。焊条、焊剂的烘干温度和时间：低氢型焊条烘干温度为350～400℃，烘干时间为1小时；熔炼型焊剂烘干温度为150～300℃，烘干时间为1小时；烧结型焊剂烘干温度为200～400℃，烘干时间为1小时。

④烘干后的焊条应存放在100～150℃的恒温箱中；施焊现场应具有良好的自动式焊条保温筒，焊条在保温筒内的时间不宜超过4小时，如超过时间应重新干燥。

(4)对不锈钢及有色金属容器，为防止飞溅的缺陷，焊接时除了保证焊条干燥外，还应在焊缝两侧母材金属表面涂刷防护涂料或采用氩弧焊。

4．治理方法

对钢板一类容器焊接的焊缝及其两侧母材表面产生的一般性飞溅，用锉刀或手铲等工具除掉即可；如果属于熔合性飞溅，可用砂轮打磨法彻底除掉，与焊缝母材相平(打磨深度不得超过0．5mm)。

2．3．2．3 焊穿

1．现象

焊穿又称烧穿，是烧化焊中一种常见的通病。一般多数是焊较薄的焊件或带坡口的头遍焊时，因焊接温度较高，易将焊件对接处熔化成局部孔洞。

2．原因分析

(1)焊接电流过大、温度较高，对焊件加热过甚。

(2)加工坡口时钝边厚度较薄，组对间隙过宽。

(3)焊工操作技术不熟练，焊接时运条过慢，使电弧在焊缝处停留时间过长。

(4)焊接时运条方法不当，采用的焊接电流与焊条直径不符，往往电流过大，焊条直径较小，焊接薄件时易产生焊穿的缺陷现象。

3．防治措施

(1)应根据焊接方法和焊件厚度，确定正确的焊件坡口的各部几何尺寸。尤其是坡口的钝边厚度较薄时，加上过大的电流焊接易焊穿。

(2)拼装时应按设计或规范的要求，保证对接间隙正确，否则因对接缝中间间隙过大，焊接时温度过高、焊速太慢，易产生焊穿。

(3)施焊时，应选择适宜的电流和适宜直径的焊条，焊接时认真调整电流与焊条熔化的正确比。运条时根据熔化快慢采取恰当的焊接速度。当焊件厚度、坡口钝边都较薄，在组对间隙过大的情况下，运条时应采取压弧断续焊，并将焊条在坡口两侧位置停留的时间略比中间位置停留的时间要慢、中间要快。这样可防止由于焊件坡口钝边薄、中间间隙过大，导致焊穿的缺陷。