焊接的主要方法大全11篇

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关键词： 长输管道；焊接方法；安装施工；管道质量

长输管道焊接方法对长输管道制造质量至关重要，关系到其使用可靠性、运行安全性。合理的选择焊接方法和应用相应的焊接技术是保证长输管道焊接质量的关键。根据长输管道现场焊接特点和要求， 阐述了长输管道现场焊接中的焊接方法及其生产现场使用情况， 对主要焊接方法的应用前景进行了展望。

1 长输管道现场施工条件对焊接要求

（1）流动性施工对焊接质量的影响。长输管道施工中的作业点随施工进度而不断的发生变化， 所以对保证焊接质量相对增加了难度。（2）长输管道现场施工地形、地貌对焊接质量有影响。长输管道都会遇到多种地形、地貌， 其差异导致接管焊缝位置多样化， 接口组对条件较差、焊缝间隙不易控制， 强制组对会产生较大约束应力等都对焊接质量有直接影响， 所以要因地制宜， 选择不同的焊接方法来满足工程需要。（3）气候环境对焊接|量影响。风、雨、温度、湿度等自然环境也对焊接质量产生一定影响。（4）全位置焊接工况条件较多， 施工场地狭窄，妨碍焊接操作的障碍物较多， 往往给施焊带来不便。（5）机械化的焊接方法在现场适用性较差， 先进的焊接技术在现场应用的限制因素较多。

2 长输管材现场焊接的要求

2.1 长输管材材质对焊接方法的要求

目前长输管道用钢主要是碳钢和低合金钢。对于碳钢管线的焊接可选焊接方法很多， 但对管线低合金钢焊接方法选择则要注意焊接热能量的输入。对于X70 及以下的管线钢， 可选择手工焊、半自动焊或全自动焊接， 而对于 X70 以上的管线钢， 较多选择手工焊或某些特殊的自动焊接方法， 因为目前还不能生产工艺性能和综合力学性能较好的自保护焊丝。对于输送高含硫、卤离子的石油天然气而采用双相不锈钢、INCONY 合金时， 精确控制焊接时的热输入量对焊接质量至关重要， 如对于 SFA2205 双相不锈钢， 如果不能保证铁素体含量在 25%～50%间， 将不能保证管道的耐腐蚀要求。自动焊因其焊接线能量可以精确控制而使其成为这类钢管成型的首要选择。

2.2 管材规格对焊接技术的要求

对于大直径薄壁管道（δ≤8 mm）采用全位置下向焊四层道即可完成焊接， 能够充分体现其快速的优点， 并获得高的焊接合格率。对于大直径厚壁管道（δ>8 mm）采用下向焊需大量增加焊接层道时， 则可考虑下向与上向焊结合的复合型焊接工艺。小口径薄壁管则可考虑采用氩弧焊打底， 手工焊填充、盖面的方法。在条件受限制时（如野外作业、装备水平、施工成本等）， 可采用焊条电弧焊方法。不锈钢管应考虑其防腐蚀能力要求， 最好选用 TIG 焊或焊条电弧焊。

3 长输管道焊接方法技术和应用

3.1 手工下向焊方法和应用

手工焊接方法克服了在野外较差自然条件下使用设备复杂、操作不便的不足， 被广泛应用于长输管道现场焊接尤其是大直径薄壁长输管道的焊接。目前普遍采用的手工焊接方法主要是手工焊条下向焊和手工钨极氩弧焊。

3.1.1 焊条电弧焊下向焊方法和应用

目前焊条电弧焊下向焊方法已经成熟， 并广泛应用于管道工程建设当中。焊条电弧焊下向焊方法主要有全纤维素型下向焊、混合型下向焊、复合型下向焊等三种类型。其焊接顺序示意如图 1 所示。（1）全纤维素型下向焊。全纤维素型下向焊是国内外普遍采用的一种焊接方法， 主要应用于钢材为 X70 以下的薄壁大口径管道的焊接。其焊接速度快， 根焊性能好， 焊缝射线探伤一次合格率高。在管道建设中有一些区域，如水网地带环境， 自动、半自动焊接设备不能进入的区域。该方法焊接质量的保证关键在于打底焊时要求单面焊双面成形， 仰焊位置时防止熔滴在重力作用下出现背面凹陷和铁水粘连焊条。我国早期下向焊均采用全纤维素型电焊条。（2）混合型下向焊。混合型下向焊是指长输管道现场组焊时， 采用纤维素型焊条打底焊、热焊， 低氢型焊条填充、盖面的手工下向焊方法。这种焊接方法主要用于钢管材质级别较高的管道和气候环境恶劣、输送酸性气体极高的含硫油气介质管道的连接， 要求焊接接头具有较好的低温冲击韧性的管道或者厚壁管道的焊接。通常的全纤维素型焊接方法难以达到管道接头质量要求， 而低氢型焊条的抗冷裂纹和冲击韧性较纤维素型焊条要好， 但其熔化速度较慢。为保证管道力学性能符合要求， 同时尽可能的提高焊接速度， 因而选择混合型下向焊方法。在 1996 年建设的陕京输气管道中首次采用了该方法， 取得了良好的焊接效果。（3）复合型下向焊。复合型下向焊是指根焊层和热焊层采用下向焊方法， 填充、盖面焊采用向上焊方法。其主要应用于焊接壁厚较大的管道。与传统的向上焊相比， 下向焊热输入低， 熔深较浅， 焊道较薄， 随着钢管壁厚的增加焊道层数也会迅速增加， 焊接时间和劳动强度将随之加大， 单纯的下向焊难以发挥其焊接速度快、效率高的特点。而打底焊、热焊采用下向焊，填充焊与盖面焊采用向上焊的复合型下向焊技术则可应用两种焊接方法的优点， 获得优质的管道焊缝质量。在气体保护半自动下向焊技术未应用于管道建设之前， 大壁厚管道多采用复合型下向焊技术， 可大大提高生产效率。

3.2 半自动下向焊方法与应用

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【分类号】：TU758.11

一、钢结构焊接过程中的常见问题

1.1 焊接缝隙尺寸不合要求

导致焊接缝隙不合尺寸的主要原有有焊接的电流过小或者是过大，或者是运条的角度和速度不当，以及构件的焊条边缘切割不平等，这些都是产生焊接缝隙尺寸不合要求的主要原因。

1.2 气孔

焊接表面气孔主要是指由于焊接过程中熔池中的气体没有全部溢出，但是由于熔池已经凝固，在焊缝表面形成的孔洞。造成焊接表面出现气孔的原因主要有以下几点：焊接过程中没有采取防风措施，导致熔池混入气体；焊接过程中对于焊接材料的烘焙不当或是焊丝清理不干净；熔池温度不足导致凝固时间较短；采用氩弧焊时保护气体流量控制不当，造成保护效果差。

1.3 裂纹

焊接开裂主要是指钢结构在焊接完成之后在焊缝位置出现了开裂，造成焊缝开裂的原因主要是由于焊口冷却过程中热应力超过了材料强度造成的，开裂也是焊接工程施工中最为严重的质量缺陷问题[1]。造成焊接开裂的原因主要有以下几方面：焊条材料质量不合格，含硫或是含磷超标；焊缝根部塑性不足，焊钢的淬硬性强；熔池中存在低熔点的杂质，造成焊缝凝固后的塑性以及强度降低。导致裂纹除了焊条自身质量存在严重问题之外，还有定位点的准确选择，如果构件上的定位点的设置比较少或者是测量过程中零件本身就存在着一些比较大的误差，则会在组装时发生难以组装的状况。另外对于那些本身厚度比较大的构件，如果没有进行预热的情况下再进行焊接也很容易发生开裂的情况。

1.4 夹渣

夹渣主要是指在焊接工程施工过程中药皮或是其他杂质进入熔池，熔池凝固之后造成焊缝中夹杂杂物的现象。造成焊接夹渣问题主要是有以下几方面原因：焊件清理不干净或是焊层间药皮清理不干净导致施工过程中杂物进入熔池之中；焊接的角度、焊层厚度、焊接线能量以及焊接速度等控制不当，导致熔池中熔化的杂质未能及时浮出熔池凝固，造成夹渣问题的出现[2]。

1.5 局部发生的变形

发生局部变形首先是因为构件自身有问题，比如构件的刚性过小而容易导致收缩，另外是在进行加工操作的过程中所出现的人员操作问题。最后是因为应力集中释放时布置的不够均匀和焊接的放置不水平等一些所导致的焊接过程中的发生问题。

1.6 焊瘤

焊瘤是主要是因为产生了比较多的融化金属流到了焊缝的周边没有溶化的母材之上的一种现象，焊流经常会有夹渣或者是未溶合的的状况产生，一般在衡晗、仰焊和立焊中比较常见。焊瘤的产生主要是和操作的不熟练以及运条的方法不恰当有着一定关系，另外焊缝的间隙比较大也是导致焊瘤的重要原因[3]。

二、钢结构焊接中存在的问题的预防措施探讨

2.1 对于焊缝的尺寸不符合要求的处理方法和预防措施

焊缝不符合要求在预防时最好是采取合适的破口形式或者是角度进行装配的间隙，对于那些大型的重要的破口最好是使用机械加工的模式，同时要根据装配车间的变化情况，对运条的速度和角度进行适当的调整。如果存在焊缝的尺寸比较小应该磨掉。在焊接施工中，钢结构焊接破口角度以及钢结构的装配间隙应该严格按照施工图纸来执行。在进行焊接施工作业之前应该将焊件的坡口打磨清理干净，清理污物以及杂质[4]。

2.2 气孔的处理措施和预防方法

在进行施焊的时候对于坡口两侧必须要清理干净，另外要将焊条和焊剂依据规定进行保温和烘烤，同时采取相应的防风措施。在焊接过程中应该注意控制焊接速度，并正确的掌握起弧、运条、息弧等操作技术。对于出现表面气孔焊接缺陷问题，应该采取机械打磨清除缺陷以及补焊的措施进行处理。

2.3 对于裂纹的处理措施和预防方法

钢结构在焊接过程中预防裂缝的发生首先就应该限制焊接材料中的一些有害物质的含量，特别是磷和硫的含量要严格的进行控制。另外对于焊剂和焊条在使用之前都需要依据要求进行充分的烘干，同时对于焊丝上面的水分和油污也要去除干净。另外，为了避免焊接开裂问题的发生，在钢结构焊接过程中应该严格遵守焊接规范，在施工过程中严格控制焊接工艺参数，合理的选择焊接电压以及焊接电流。在焊条的选择上应该选择正规厂家生产的焊条，确保焊接材料杂质少、干净清洁，并做好施工前的烘焙。此外，采取小电流多层多道焊接的方式，也可以有效的控制焊缝裂纹的发生[5]。

2.4 夹渣的处理措施和预防方法

预防夹渣的产生时候要将焊层之间的熔渣进行必要的清理，在进行焊接的过程中适当的增强焊接的电流，有必要的时候可以缩短电弧，增加电弧所停留的时间。同时还要根据融化的情况来调整焊条的运条形式和角度来减少夹渣的产生。对于夹渣情况比较严重的焊接，可以选用气弧刨刨掉，然后再重新的开展焊接。

2.5 局部变形的处理方法和预防措施

在进行设计的时候就要尽力保证加工构件的各个部分的焊缝布置均匀和刚度良好。另外要采取比较合理的焊接顺序，最后，对于那些形状不够堆成的一些构件，应当逐步的进行矫正之后再进行必要的焊接组装。对于已经产生了局部变形的工件，如果变形不太大，则可以使用火烤的方法进行矫正，但是如果变形的情况比较严重，则可以边使用千斤顶边烤的方法进行矫正。

2.6 焊瘤的处理措施和预防方法

预防焊瘤的过程中应当尽力的使用短弧焊接的方法，焊接过程中注意电流的控制，适当的加快焊流的速度以使得熔池的温度不至于抬高，同时要依据不同的焊接部位来对熔池的太小做好控制。为了避免钢结构焊接出现焊瘤、凸出、凹陷等缺陷问题，在钢结构焊接工程施工中，应该严格控制对口间隙，控制在2～3mm内，对于对口间隙不均匀的焊口，应该用机械打磨等措施设法修整到规定要求[6]。此外，应该选择合适的焊接线能量以及合适的焊接速度，控制熔池温度在合适的范围，避免熔池温度过高。

三、结束语

焊接作为钢结构连接的主要形式，也是钢结构工程建设施工中最为重要的施工环节，提高钢结构的施工质量水平，必须做好焊接施工环节的质量控制。由于钢结构的焊接受材料、钢结构造型以及施工现场环境等多方面因素的影响，因此在焊接施工过程中，应该对钢结构焊接作业进行全面的分析，并强化焊接过程中的检查管理，以提高焊接质量，控制焊接变形，避免钢结构焊接缺陷问题的发生，提高钢结构焊接的整体施工质量。

【参考文献】

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[3]毕俊晴. 浅谈钢结构焊接的相关问题与实践[J]. 中国石油和化工标准与质量，2012，（8）.

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中图分类号 TG4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）145-0036-02

随着科学技术的发展，焊接技术也已经发展的越来越普及。焊接技术在对其他材料进行加工的过程中，具备着节省原材料、拥有很好地封闭性、工序简单等优点，而且还能够制造出很多其它工艺技术不能完成的任务。但是，焊接也存在着一些问题，其中最主要的就是由于在焊接过程中出现温度场而受热应变形成的残余应力。在日常调查中发现，焊接残余应力会在很大程度上影响部件的承载力，所以，必须要想办法消除焊接残余应力，提高部件焊接精度的同时，还能增加部件的承载力。

1 焊接残余应力产生的原因

1.1 塑性压缩造成的纵向残余应力

在焊接的过程中，由于温度上的差距，焊缝及其周围都会受到因热膨胀和周围温度较低的金属的拘束，从而产生压缩塑性应变。当焊接完成之后，温度骤减，母性材料就会制约着焊缝和近缝区域之间的收缩，这就在很大程度上导致了残余应力的存在。并且残余应力的范围将会和高温环境下造成的塑性范围相一致，弹性拉伸区域和残余拉应力也是相对应的。从这些都可以看出来，塑性压缩就是造成焊接过程中纵向残余应力的主要

原因。

1.2 塑性压缩的应变导致的横向残余应力

塑性压缩的应变，除了能够说成是造成纵向残余应力的主要原因，同时也能理解为造成横向残余应力的原因之一，但是造成横向残余应力的主要原因是母材的收缩。当对母材进行焊接时，母材会出现膨胀现象，并且当焊接缝的金属材料逐渐形成固体时，膨胀中的母材必定会受到压缩，这种塑性压缩是横向收缩中的重要的一部分，焊缝自身那一小部分收缩仅仅只占到横向收缩的十分之一左右。主要的横向收缩那部分存在于焊接缝沿着焊缝轴线进行切割后的中心区域，那才是拉应力中的横向应力。

2 降低残余应力的对策

2.1 科学、合理的编排焊接顺序

这样做的主要原因就是要使得焊接时尽可能的让焊缝自由的收缩，减少更多的外界影响因素。在这种合理的顺序下，首先就是要焊一处收缩量相对比较大的焊接缝，保证焊接缝在自身结构总体刚性相对较弱的情况下能够自由的收缩，减少其他物质的限制。接下来就是焊接一处互相错开、互不影响的焊接缝，最后就是焊接直通的焊接缝。上面说的只是一般简单的焊接，如果遇到相对较麻烦的焊接，比如交叉焊缝接头，那就要按照一定的顺序来进行焊接。按照受力的大小进行先后焊接，受力比较大的先进行焊接，这样合理的安排焊接顺序，可以尽可能地避免各处焊缝受力不均的现象出现，确保了焊缝的科学、合理、有效的分布。

2.2 采用预热缓冷法

采用该种方法主要就是为了减小焊接应力，因为在焊接过程中，焊件自身会形成较大的温差，温差越大，焊接的应力就会越大。采用预热缓冷的方法，能够一定程度上减小焊件的温差，从而减小焊接的应力。采用这种方法，一般情况下都会在焊接之前将焊件放入火炉中进行加热，在焊接的时候，要防止焊件迅速降温，进而降低焊缝和焊件其他部位之间的温差，让两者之间膨胀系数相差不大，降低焊件的应力。倘若不能够将整个焊件进行预热，也可以让焊缝附近预热，一样不会影响该种方法的效果。但是，在预热的过程中，一定要保证均匀预热，温度稳定上升。在焊接完成之后，如果焊接部位的温度没达到600℃，要将其加热到那个温度，在进行缓冷的步骤。

2.3 锤击法

在经过试验后的效果显示，焊接后的焊件经过一定程度上的锤击之后，焊缝附近残余的应力会降低。在那些离焊缝比较远的部位，经过锤击后，残余的应力依然存在。但是，如果冲击能量不断地增加，那么焊件的残余应力会不断地减小，这种减小到了一定的程度时，也会减缓残余应力减小的速度。总之，锤击法对于减小残余应力是一种确实可行而且效果明显的方法，值得推广。

3 消除残余应力的方法

3.1 热处理的方法

这种方法对于焊件的性能有着至关重要的作用，它不仅可以消除残余应力，还能够改进焊接接头的性能。热处理方法就是在焊件还处在高温条件下的时候，去降低屈服点和蠕变现象，从而实现去除残余应力的一种方法。这种方法分为两个步骤，首先就是总体热处理，其次是局部热处理。在总体热处理的过程中，加热的温度和保温时间和加热以及冷却速度都会影响到去除焊接残余应力的效果。这几个因素里面，最重要的也是最难以控制的就是保温时间，因为它的计算受到很多因素的影响，而且知道时间也要通过人工去控制，这就造成了很大的不确定性和产生误差的可能。一般情况下，一毫米厚就要一到两分钟，但是，时间又要被控制在30分钟到3小时之间。在局部热处理的过程中，一般只能降低残余应力的峰值，而不能直接消除残余应力。但是对于消除残余应力的过程起到了无可替代的作用，所以局部热处理还是需要的一个步骤。在采用热处理的方法时，加热的方法主要有电加热和火加热两种，而且消除残余应力的效果和加热范围的关系很大，所以一般需要大范围的加热才能达到较好的效果。

3.2 加载的方法

加载的方法，目的就是为了使得焊接缝周围形成的压缩塑性变形和焊缝周围的拉伸塑性变形两者形成抵消，从而让应力保持松弛状态。它主要就是采用各种方法，在部件上制造一定的拉伸应力，让这个应力来完成与压缩塑性变形产生的力进行抵消。在如何形成这种拉伸应力的方法上有两种：第一就是机械拉伸的方法，第二则是温差拉伸的方法。机械拉伸法就是对部件进行加载荷处理，让焊缝区域形成塑性拉伸，这个塑性拉伸形成的力将会和已经存在的那个压缩塑变应力达到抵消的作用，从而消除焊接过程中形成的残余应力。温差拉伸法，主要就是利用了受热膨胀的原理，来达到消除残余应力的方法。它的做法过程，顾名思义就是利用温度差形成的力，让焊缝两侧的金属通过受热膨胀后，往焊缝区进行拉伸，逐渐的形成拉伸应力，最后和那压缩塑变应力进行抵消作用。这两种拉伸方法都是采用抵消的原则，从而达到减小甚至消除残余应力的目的。

4 结论

在每次焊接工作之前，一定要将原件的性质以及能承受的焊接条件进行深度的考察、研究，合理、科学的制定焊接技术的安排。通过已经考察好的东西，选择合理、有效的焊接工艺程序，采取有效的措施，最终得到一个较好的焊接结果。在达到相关焊接质量条件的同时，也在不断的提高焊接技术，对以后的焊接技术领域做好一步一步的铺垫。

参考文献

[1]汪建华，陆皓.预测焊接变形的残余塑性应变有限元方法[J].上海交通大学学报，2010，31（4）：53-56.

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1导管架简介

平台由海底钢桩来支撑，分为腿柱式、桩基式和群桩式。桩基式平台的重要组成部分是导管架，是整个平台的支撑部分。在陆地上通过钢板的卷制，管件的组对焊接来形成框架结构。导管架根据支撑腿数不同分为1腿结构，3腿结构，4腿结构，6腿结构，8腿结构导管架。导管架还有立管，电缆护管靠船件等其他附件构成。导管架的建造方式主要是焊接[1]。

2导管架建造

2.1导管架建造的两种方法

导管架建造分为立式建造和卧式建造。两种方法的特点如下：

（1）立式建造方式特点：

①导管架建造完成后托运简单方便；

②附件可在地面和导管平面组装，可以减少尺寸误差并且也可以预防高空作业危险；

③施工地点灵活，可以几处同时作业。

（2）卧式建造方式特点：

①托运，下水安装难度大。

②焊接操作简单，吊装方便，安装精度高；

③施工作业集中。

不管采用哪种方式进行导管架建造，都要首先进行分体建造，之后再吊装焊接安装。

2.2导管架建造结构过程

3导管架焊接

3.1焊接概念

（1）焊接定义

国标对焊接的定义是：焊接是通过加热或加压、或两者并用，并且用或不用填充金属，使焊件间达到原子结合的一种加工方法。我们日常所见的焊接，实质是一种冶金过程，通过加热使填充金属和局部母材变为为一体。焊接过程中焊道液态金属冷却会使焊缝金属产生收缩，这样会使焊缝尺寸发生变化，因此会引起焊接结构件尺寸的变化[2]。

（2）钢结构焊接作业中的变形

焊接钢结构时，在焊道两侧温度很高，材料在不均匀受热状态下出现的变形称之为焊接变形[3]。变形将引起钢结构件的外形变化。焊接变形的种类有纵向、横向、弯曲、角、波浪和扭曲变形等多种形式[4]。导管架管件焊接变形一直是一个复杂的问题。破口形式、组对间隙、钢板厚度和焊缝横截面积是影响钢结构焊接收缩的主要因素[5] [6]。由行业内相关标准确定的在焊接过程中材料变形计算公式汇总，如下所示：[7]。

由以上公式可以算出理论收缩变形量，为实际提供理论依据。

3.2导管架管件焊接

由施工流程图可知，导管架按焊缝位置不同由卷管纵缝焊接、管件接长环缝焊接、TKY组对焊接、拉筋组对焊接，导管架焊接方式如下：

（1）导管架卷管纵缝焊接

导管架卷管纵缝焊接是控制的重点之一，占总焊接量的30%。导管架纵缝焊接常采用埋弧焊、气体保护焊和药心焊丝保护焊，焊接坡口的形式主要有单V或双V。

（2）卷管接长环缝的焊接

导管架焊接质量控制的重中之重是环焊缝接长焊接，占到了焊接总量的50%。其焊接方法由卷管直径，卷管壁厚，坡口角度等焊接方法决定。常用的焊接方法有埋弧焊，手工电弧焊和药芯焊丝保护焊，

（3）TKY口组对焊接

TKY组对时有管径相同，也有管径不同的。单个管完成接长后，就要进行花片，水平片，立片的预制，这时就是TKY口的组对焊接。使用手工电弧焊进行打底焊接，气体保护焊进行盖面焊接。导管架整体尺寸变形的主要原因是由TKY组对焊接引起的。

4、导管架焊接变形与结构尺寸

只要焊接加工就一定会产生变形。从导管架建造流程我们可以看到，焊接是导管架建造的主要工艺，相应的焊接变形伴随着各道工序存在，单片焊接，片焊接和整体焊接都会影响导管架尺寸，其建造流程有单件、片焊接，卷管纵缝、卷管接长环缝焊接、TKY接头焊接等[8]。在导管架建造过程中主要考虑的是管件焊接对导管架整体尺寸的影响。

（1）卷管纵缝焊接与结构尺寸

有单V坡口焊缝横向变形公式： ，双V对接焊缝横向收缩近似值及公式： ，可以得到焊缝横向变形理论值y。

由导管架建造程序可知，要对导管架的管件周长、错皮度及圆度进行控制，错皮度和圆度在卷制钢管的过程中己经得到了有效的控制，管件的周长主要由焊接横向收缩变形引起的

（2）导管架环缝的焊接与结构尺寸

单V焊缝横向变形公式为： ，双V焊缝横向变形公式为： ，可以得到焊缝横向收缩变形的理论值y。

5、导管架焊接优化

焊接过程中的基本尺寸和要求规定的长度焊接公差都可以得到基本保证，但是随着卷管的不断接长，焊接时是我偏差将会不断增大，这时按照TKY与卷管尺寸进行正常焊接，会导致对接环缝和TKY焊道的重叠，这将违背建造标准。

5、导管架焊接优化

焊接时第一个卷管环焊缝的焊接变形量为 ，第二个为 ，依次类推第 个为 ，第 处的累计变形就是 ，这样累计变形 长度将会大于允许的公差，焊缝错位的现象就会出现，最后会出现焊缝重叠情况。

5.1卷管接长焊接优化

方法如下：

（1）根据卷管壁厚和所开坡口计算横向变形量为y；

（2）由横向变形量y，焊接时每一段卷管都留出补偿量Y，Y的大小通常为2mm到10mm。

（3）管件接长顺序优化，每两个管节接长为一节，再把两个管节接长后看成一节，之后再按照两个管节对接，直到接长完成。如果要进行管件的接长，按照如下方法进行：先将1、2接长，3、4接长；1、2接长的管段再与3、4接长的管段进行接长，依次焊接形成一个完整长度的管段。

5.2立式建造和卧式建造对施工的影响

为保证焊缝位置正确，所有管件接长采用双节法，每两段进行焊接，计算焊缝收缩量，并且预留出补偿量，保证其焊接变形量和管件长度尺寸。以达到卷管环缝和TKY组对接口不会重叠。

使用传统方法建造导管架： ，变形总量与经验补偿量差值不为零；使用双节法建造导管架： ，变形总量与经验补偿量差值为零。

工期：单根管件长102m导管架，单根管长为3m，则由34节单节组成，有33道环焊缝。如果单节管件的焊接工期为T，则卧式工期为33T，立式工期为5T，立式导管架将节约工期为33T-5T=18T，假如焊接一个环焊缝时间为1天，则可以节约工期为18天。

6、结论

通过对焊接理论收缩量的计算分析，在此基础上对焊接施工进行优化，有效的保证了导管架尺寸，以及焊缝位置，并且节约了工期，有效的控制了成本并提高了施工质量。

参考文献：

[1]娄敏.海洋工程施工与安全[M] . 中国石油大学（华东）

[2]王国凡. 钢结构焊接制造[M] . 北京：化学工业出版社，2004.

[3]侯兆欣，何奋韬等. GB 50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S] . 北京：中国计划出版社，2002.

[4]张启文，夏志斌，黄友明等. GB 50017-2003 钢结构设计规范[S] . 北京：中国计划出版社，2003

[5]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册：焊接结构[M].北京：机械工业出版社，2008.1.

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前言

激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104－107W／cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工，这种焊接工艺在未来工业事业中将会得到广泛的应用与研究。激光焊接与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。

1.激光焊接的一般特点

激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。

2.激光焊接工艺与方法

2，1双／多光束焊接。双／多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来，随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生几率。

2.2激光－电弧复合焊。激光－电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光一电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方法。其特点在于：可降低工件装配要求，间隙适应性好；有利于减小气孔倾向；可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本；电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高；利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料或异种材料有重要意义：激光与电弧复合焊的方法包括两种，即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光电弧复合焊方法实现较为简单，但最大缺点是热源为非对称性，焊接质量受焊接方向影响很大，难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源，大大提高焊接过程稳定性，并可方便地实现二维和三维焊接。

3.激光焊接过程监测与质量控制

激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容，利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光焊接过程。

3.1激光焊接过程监测。利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法，如图1所示。根据检测信号的不同，激光焊接质量检测主要包括以下几种方式：光信号检测，检测对象为激光焊接过程中的等离子体（包括工件上方和小孔内部）光辐射和熔池光辐射等。从检测装置的安装来看，主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测。使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD和高速摄像机，以及光谱分析仪等。声音信号检测，检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。等离子体电荷信号，检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一。国内外研究工作表明，利用光电传感器可以自动检测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化，不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷，而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量，例如，气孔倾向的严重程度。

篇（6）

1、引言

焊接盒段装配于后机身36～38框段的侧边，为支撑平尾的主要构件，在盒段内部布置了平尾舵机，因此该盒段承受着平尾的集中载荷和平尾舵机工作时产生的集中载荷。焊接盒段属薄壁盒形件，外形尺寸较大、形面复杂、装配协调性要求高，给盒段制造工艺带来相当大的难度。由于结构复杂、焊缝多且较为复杂，焊接成形时变形较大，经常因焊接质量超差造成焊接盒段审理、报废。因此，研究并讨论防止焊接结构件变形的预防措施具有很重要的价值和意义。

2、焊接结构件变形分类

焊接结构件变形的原因有很多，包括母材的材质导致的变形、填充材料导致的变形、焊接方法不娴熟或者方法不正确导致的变形、焊接参数（WPS文件参数）导致的变形[1]、焊接顺序不正确导致的变形、还有冷却时间及焊接过程中是否有约束等问题导致的焊接结构件变形等原因，但是这些原因归根结底是由于焊接残余应力造成的。

3、后边条焊接盒段焊接变形的预防措施和手段

3.1完善和改进焊接盒段的结构

如果想要控制和预防焊接盒段的变形，首先就得在设计方面下功夫。结构设计合理，才能为下游制造打好基础。做好设计的具体措施有：选择合理的焊缝形式和大小合适的尺寸；若是遇到不必要的焊缝要尽量减少；为了避免焊缝太集中就必须合理安排焊缝的位置。

为了解决焊接盒段存在的问题，在原有的基础上，对焊接盒段进行了结构优化设计，具体更改如下：

原结构焊接盒段焊缝数量达到70余条，而且部分焊缝位置、形式不是很合理，给焊接质量的控制带来了一定的难度，改进后的焊缝数量减少到约50余条，取消了若干焊接通路差的焊缝，改进了若干焊缝位置和结构形式，极大的提高了焊接工艺性。

3.2收缩变形余量的预留

根据焊接收缩理论，得出计算值（焊接盒段四周施焊收缩量2mm/m，其他结构依此类推）和经验值（参数的统计时根据同一部件数个产品焊接后或类比以往相似结构来统计参数），收缩余量是在工件下料及加工时预先考虑的问题，这是为了便于达到焊接工件所要求的形状、尺寸等，在焊缝收缩的方向上预先留出收缩量，保证焊接后的构件满足要求的尺寸。由于焊接盒段复杂，不能用平常的理论公式来计算，而是需要进行多个实际产品的焊接试验来确定焊接的收缩量。

3.3焊接方法必须合理

合理的焊接方法在焊接过程中是极其重要的，焊接采用的方法不同，产生的线能量也会有不同，如果选用线能量比较低的焊接方法的话，变形就可以得到有效的控制，还能减小焊接塑性压缩区，目前我厂焊接盒段主要采用二种焊接方法焊接：二氧化碳气体保护焊、手工氩弧焊。

当今先进焊接技术发展趋势是焊接过程自动化与智能化技术，焊接自动化主要是指焊接生产过程的自动化，就是要用机械装备来代替人进行焊接。其主要任务就是：通过先进的焊接工艺、材料和设备，将自动控制系统和焊接工装夹具及其运动系统有机集成，实现高效率、高品质、低成本的焊接生产。

3.4焊接预热、焊接后消应力热的处理

焊接预热使得焊缝周围的母材温度升高会降低焊缝金属与周围母材的温差，如此一来，降低焊接收缩内应力将会减少焊接的变形程度，焊缝区温度的不均匀将难免造成很高的内应力，而这样的焊接内应力又会使得焊件在加工过程中产生变形甚至爆裂，若能在焊接焊接盒段之前适当的预热零件，再对焊件加工处理，就可以减少焊件变形或爆裂事故的发生。

4、如何纠正后边条焊接变形

后边条焊接盒段的变形影响了整个飞机生产过程的进行，而若能将变形纠正过来，将会使得工作得以顺利地进行，纠正焊接变形的方法主要有2种——机械纠正和火焰加热纠正，他们实质上都是使得焊接结构件产生新的变形来抵消焊接变形。

4.1机械纠正方法

给构件施加来自外部的机械力，使得构件产生与原来的焊接变形的方向相反的塑性变形，以便于能够抵消焊接变形，这样的方法叫做机械纠正。而来自外部机械力的施加则可以通过锤击、压力机及碾压等方法来实现，但这种方法只适合刚性较小且不太厚的板结构。工作人员在使用机械纠正的过程中一定要注意采用校直机进行，因为这种校直方法生产效率较高，但是工作人员必须具有丰富的工作经验，否则就容易导致将构建表面弄出压痕或焊缝区域出现裂纹等。

4.2火焰加热的纠正方法

利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使得构件较长的部分在冷却过后缩短以抵消变形，这种方法叫火焰加热纠正，不过这种方法一般主要适用于各种低碳钢和大部分的低合金结构钢，却不适用于有晶间腐蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢，工作人员在进行火焰加热过程中，也可以同时施加机械力，这样可以有效地提高矫正效果，构件的结构特点和焊接变形的实际情况决定了是选择点状加热、线状加热还是三角形加热等方式。工作人员在操作过程中，应当严格控制火焰的温度，温度较低或较高都无法适度地进行调配和控制，温度较低无法调整尺寸，温度过高又会造成加热区域硬度降低从而导致整体强度下降，因此操作的工作人员必须具有丰富的经验，但是与机械纠正相比，火焰加热纠正的效率较低但适用范围较广。

5、结语

关于对后边条焊接变形的讨论和改进研究对某型飞机的制造具有十分重要的意义和价值。根据理论结合实践的指导方法，把理论计算结合到实际产品的实验分析结果，由此再来制定出相应的工艺措施，这样不但能保证质量问题，还能对生产效率和降低生产成本产生较大的影响。

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焊接钢结构以其强度高，稳定性好，施工速度快等优点，逐步在建筑结构中占据主要地位，但是钢结构焊接变形问题也日益突出，这不仅对钢结构的尺寸精度与外形美观、工程质量等造成了一定的影响，而且给焊后带来大量复杂的矫正工作，因此控制钢结构变形迫在眉睫。

一、钢结构焊接变形的种类及产生原因

由于焊接结构的接头形式、工艺、方式及焊缝位置等的不同，造成焊接变形

在外观表现形式上各有不同，大概可分为以下几种：

（一）纵向缩短和横向缩短变形

这是由于钢板对接后焊缝发生纵向收缩和横向收缩所引起；同时对于工字形梁而言，不仅纵向焊缝能引起构件纵向缩短，横向焊缝同样能引起结构纵向缩短，而且起主要作用。

（二）扭曲变形

扭曲变形原因较多，装配质量不好和配件搁置不当，以及焊接顺序和焊接方向不合理都可能导致变形，但归根到底还是焊缝的纵向或横向缩短所引起。

（三）角变形

钢板V型坡口对接焊后发生的角变形，是由于焊缝截面形状上下不对称，引起焊缝的横向缩短上下不均匀。X型坡口的对接头，当焊接顺序不合理，造成正反两条焊缝的横向缩短不相等时，也会产生角变形。

（四）波浪变形

主要出现在薄板焊接结构中，产生原因是由于焊缝的纵向缩短对薄板边缘造成的压应力；另一种是由于焊缝横向缩短所造成的角变形。

（五）错边变形

焊后两焊接件在长度方向和厚度方向的错位现象，称为错边变形。主要是焊接过程中两焊接件的受热不均匀造成的。

二、控制焊接变形的措施

控制焊接变形的措施可归结为设计方面、焊接操作方面的预防措施及焊接变形矫正措施。

（一）焊接节点构造设计

①控制焊缝的数量和大小。在钢结构焊接节点构造设计时，应设法控制焊缝的数量和大小，尽可能减少焊接变形。

②根据焊接工艺选择适合的焊缝坡口的形状和尺寸。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。适当的坡口形状和大小，可以通过减少截面积，进一步减少结构的焊接变形量。

③焊接节点的位置应处于构件截面的对称处。结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置，或尽量接近中性轴，同时应避免在高应力区。

（二）焊工操作要严格地遵守焊接规范

分析各种可能出现变形的原因，从而采取一些可行的防止和减少焊接变形的措施。

①锤击焊缝法：此法主要适用于薄板的焊接。当薄板的焊缝及其热影响区还没有完全冷却时，立即对该区域进行锤击，对于厚板则用风枪敲击。这种处理一方面消除和减少了焊接引起的角变形；另一方面由于敲击对该区域有一定的延伸作用，减少内应力。这种敲击当焊缝温度越高时锤击的效果越好。

②焊接工艺控制变形的方法

a、焊缝的正确施焊：正确的焊接方法常见有直通焊接法（即焊缝从一端直通焊到另一端）、分段法（将一段较长的焊缝从中心处分成数段，可同时施焊，也可逐段焊接）、对称焊接法。直通法适用于焊缝，长度不超过250～300mm。分段法适用于等长度的焊缝（长度在250～1000mm）长度在l000mm以上的。对称焊接适用于截面或焊缝布置对称的结构件，对称焊缝的变形有一部分互相抵消。

b、选择合理的装配焊接顺序：这种方式就是使物件在焊接过程中，通过合理的装配焊接顺序，使焊接变形能够互相抵消，从而达到降低变形的目的。如对于工字梁的焊接，可采用先拼焊再按规定顺序施焊可大大降低焊接变形。

c、合理安排焊缝的位置：安排焊缝尽可能对称于截面中性轴，或使焊缝接近中性轴，这样对减少梁、柱类结构部位的挠曲变形有良好的效果。

③反变形。由于在冷却过程中焊缝会产生收缩反应，减少了工件焊接后的尺寸，为了弥补热胀冷缩带来的变形，在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形，使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。

④刚性固定法：就是在没有反变形情况下，将构件加以固定，来限制焊接变形，其构件固定可选用大型马板点焊固定定位。

（三）焊后矫正焊接变形的方法

根据是否采用外界能量，将其划分为机械与火焰矫正法。

①机械矫正法：利用外力，使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，与二者相抵消，从而达到消除焊接变形的目的。这种矫正法适用于T型梁、工字梁和一些简单的小结构，如机座等。

②火焰矫正法：即利用不均匀的加热使结构获得反向的变形来补偿或抵消原来的焊接变形。火焰加热的方式有三种：点状加热（即加热区为D圆点）、线状加热（沿直线方向移动或在宽度方向上作横向摆动）、三角形加热（加热区域为D三角形）。火焰矫正能消除很多机械矫正无法解决的变形，掌握火焰局部加热引起的变形的规律是做好矫正的关键，决定火焰矫正效果主要是加热的位置和加热温度。低碳钢和普通低合金的焊接结构通常采用650～800℃的加热温度，一般不宜超过900℃。在利用火焰矫正的同时，为了提高矫正效果，也可在加热过程中施加外力矫正，火焰矫正时，加热点的冷却有两种方法：即自然冷却和水冷却，采用水火矫正法能使结构矫正收效快，并可以使矫正量大于自然冷却的矫正量。如矫正大型箱型截面构件的扭曲。

三、几种建筑钢结构施工焊接变形的控制方法

在建筑钢结构施工中，品种繁多，常见的建筑钢结构焊接变形的控制措施主要有如下几种：

（一）预制的小构件、预埋件的焊接变形

这类产品，一部分可采用焊后锤击法矫正焊接变形，另一部分构件，刚性较大，或因结构原因，无法采用锤击法矫正焊接变形，常采用火焰矫正法加以实现，在变形的反方向用火焰加热，火焰背面跟踪冷却来矫正焊接变形。

（二）钢屋架焊接变形的控制措施

钢屋架主要是由角钢拼焊形成，控制焊接变形主要是靠施工工艺措施来实现的。焊接变形主要有沿钢架跨度方向的收缩变形和沿钢屋架垂直面的挠曲变形引起的侧弯。

（三）钢架梁、吊车梁、钢柱等

焊接工字型组成的大型钢结构，焊接过程中在四条纵向长焊缝的影响下，容易出现翼缘板角变形，纵向收缩变形，挠曲变形，侧弯等焊接变形。

①焊接工字梁翼缘角变形的控制：主要的控制方式有如下几种：刚性固定法、反变形法、焊后火焰矫正法、焊后机械矫正法。

②焊接工字梁纵向收缩变形的控制：控制焊接工字梁纵向收缩变形的方式同控制钢屋架收缩变形方式相同，也是采用预留焊缝收缩留量来实现，但收缩留量要通过计算实现。

③焊接工字梁挠曲变形的控制，一般应尽量采取工艺措施加以解决，如焊后仍存在挠曲变形，再采用焊后矫正法矫正处理。

（四）焊接工字梁侧弯变形的控制

工字梁侧弯的控制可采用与上述加热区挠曲变形相同的工艺方式及相似的火焰矫正法加以控制，不同的是加热区形状应选择翼缘板最大侧弯处加热，直到满足要求为止。

三、结束语

建筑工程施工中，钢结构焊接变形是无法绝对避免的，从提高工程质量的角度出发，要求我们要做到熟悉钢结构焊接变形原因，并采取合理的焊接方法及相应矫正措施，使变形得到有效控制，从而达到提高工程质量的目的。

参考文献：

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1.2大直径平焊法兰焊接变形大直径平焊法兰焊接变形主要有法兰端面变形、法兰直径变形和与法兰焊接的筒体的变形。大直径平焊法兰焊接变形的原因如下。大直径平焊法兰与筒体焊接时，由于法兰直径大，刚性差，焊道长，焊完一圈需要的时间长。在焊接过程中，焊缝熔合区受热和冷却速度以及焊缝间断的冷却时间间隔太长，造成整个焊缝区受热不均匀，焊缝收缩变形也不均匀，由此产生了焊接变形。焊接采用单面连续焊时，法兰焊接区周向受热部分受到焊缝冷却时环向收缩应力的作用，发生平面变形。同时由于焊缝的环向的焊接收缩量很大，也进一步将变形扩大，形成了不规则的椭圆现象，有内凹，也有外凸。法兰断面的扭转力非常大，足以使筒体也产生相应的变形。本公司在2014年生产制造的一台立式换热容器，焊接完毕后进行了相关尺寸的测量，实测数据比标准要求超出了几倍。

2控制焊接变形的措施及矫正方法分析

要防止和减少焊接的变形，克服在冷热循环所造成的影响，则必须采取相应措施，主要的措施有设计措施和工艺措施。

2.1设计措施在设计上首先要选择合理的焊缝形状和尺寸。焊缝形状即坡口的形状，对于相同厚度的平板对接，开V形坡口焊缝的角变形明显大于双V形或双U形坡口焊缝。对于能翻转、有两面施焊条件的结构，宜选用两面对称的坡口形式。在尺寸上，在保证结构有足够的焊接性能的前提下，坡口角度应尽量采用较小的值。

2.2工艺措施控制焊接变形的工艺措施主要有热平衡法、留余量法、散热法等。热平衡法主要用于某些焊缝不对称布置的结构，这种结构焊接后往往会产生弯曲变形。施焊的同时在焊缝对称的位置上采用气体火焰同步加热，只要加热的工艺参数选择适当就可以明显减少完全变形的产生。留余量法就是在下料的时候将零件的尺寸比设计尺寸适当加大，以补偿焊件的收缩，常用于与大尺寸封头对接的不锈钢筒体。散热法是利用各种方法将施焊处的热量迅速散走，减小受热区的焊接变形。此方法经常用于管板的堆焊。在现场焊接作业当中，应综合考虑各种变形，必要时采用组合的方法才能有效控制焊接变形。虽然有各种措施方法来控制焊接变形，但影响的因素太多，有的时候无法面面俱到，无法避免会出现各种变形。当残余的变形超出技术要求时必须采取矫正的方法。常用的矫正方法有冷矫正法和热矫正法。冷矫正分为手工矫正和机械矫正。手工矫正主要用于矫正薄板、薄壁壳体焊件和小型焊件的弯曲变形、角变形和波浪变形等。机械矫正主要是利用机械工具，如千斤顶，拉紧器，液压机等通过机械压力或拉力来矫正焊接变形。热矫正是利用火焰局部加热，使焊接产生反向变形，抵消焊接变形，但要注意加热温度，不能使材料的金相组织发生变化。

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电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。构件的焊接变形源于构件或构件的接头不均匀焊接受热，在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，从而产生了焊接残余变形。在冷箱钢结构中，焊接变形主要表现为焊接后引起构件的挠曲变形、角变形、构件尺寸收缩以及冷箱面板凹凸不平。焊接变形直接影响大型构件的制作质量，因此焊接变形的控制技术也成为冷箱钢结构加工的关键技术。

一、钢结构焊接变形的种类

焊接变形是焊后残存于结构中的变形，主要有以下几种类型：

1.纵向收缩变形:构件焊后在焊缝方向发生收缩。

2.横向收缩变形:构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩。

3.弯曲变形:构件焊后发生挠曲,由焊缝纵向收缩引起和横向收缩引起。

4.角变形:焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移。

5.波浪边形:焊后构件呈波浪形。

以上几种类型的变形,在焊接结构生产中往往并不是单独出现的,而是同时出现,互相影响的。焊接变形是焊接结构生产中经常出现的问题。焊接变形不但影响结构尺寸的准确和外形美观,而且有可能降低结构的承载能力。焊接结构件上出现了变形,就需要花许多工时去矫正。

二、焊接变形的主要原因分析

1.焊缝在结构的位置原因，不同的焊缝位置在焊接完成后都会产生不同形态的变形，这主要是由破口角度、接头形式等结构形态不同而引起的重力性变形。

2.结构刚性导致的变形,在受力相同的情况下，刚性较大的结构变形就小，而刚性弱则变形大，如较薄的钢结构与小而重的结构进行焊接时，刚性小的薄片结构就容易变形。

3.焊接顺序和装配原因，一个同样的焊接结构采用不同的床配方法和焊接顺序都会对其变形产生一定的影响，如前面提到的刚性较弱的结构如在安装和焊接顺序上增加了对其的载荷就容易使之变形。

4.焊接材料的原因，焊接后由于热胀冷缩的原因材料会在焊接后产生一定的变形，而焊接材料的线膨胀系数较大则会对焊接变形影响较大。如：不锈钢和铝材的焊接后变形的几率要大于碳钢材料，就是这个原因。

5.焊接采用方法的原因，在焊接过程中，焊接使得焊件受热而温度升高，金属材料的导热性会导致整个材料变热，而焊件的体积越大则受热变形的几率也就越大，变形也就越严重。如:实践中气焊比手弧焊的变形大,而手弧焊比气保护焊接的变形严重。

6.焊接规范执行原因，对焊机规范的执行也可以影响焊接的变形，如:变形随着焊接电流的增加而增加，焊条直径越大而变形增大。

三、焊接变形的控制方法

1.挠度变形控制

对于不对称构件，焊接后构件的挠度变形控制极为关键，变形后的矫正也极为复杂，焊接控制不当会给构件制作带来极大的困难。因此在制定焊接工艺前，应精确计算构件的中性轴位置，并根据焊缝相对于中性轴的位置及针对构件的尺寸，合理地分布焊缝的截面积并制定焊接顺序，确保焊接挠度变形控制在公差范围内，减少矫正工作量。构件焊接后引起挠度变形数值大小(Δ)与构件的长度(L)、构件惯性矩大小(Ι)、焊缝截面积(Α)大小及焊缝相对于中性轴的距离（DU）有关，计算公式为:

Δ=0.005 X Α X DU X L2/ Ι

2.角变形的控制

在焊接结构中，T形接头无论是角焊缝、部分熔透坡口焊缝和熔透坡口焊缝，焊接后均不可避免引起翼板的角变形。对于一般的H形构件的变形可以采用翼缘矫正机进行机械矫正，方便快捷，是一种较好的角变形矫正方法。T形接头焊接后引起翼板叫变形数值大小(Δ)与构件的宽度(B)、翼板厚度(T)、焊缝尺寸(S)有关，计算公式为:

Δ=0.2 X B X S1.3/ T2mm

根据公式可以指定出T行接头焊接后翼板伸出段的叫变形数值，再根据数值采取不同的方法进行工艺控制，以减少矫正次数和矫正工作量。

3.横向收缩变形的控制

焊接收缩变形对钢结构的影响主要表现为焊缝沿长度方向的收缩和沿焊缝横向收缩，造成的后果是构件缩短和构件截面尺寸减少。构件的长度尺寸一般通过在下料时加放一定的加工余量后再进行构件最后尺寸定长的办法来解决，而构件截面尺寸的保证必须在零件下料之前通过对构件焊缝横向收缩量的估算进行确定，构件装配时预制的横向收缩值的大小直接决定焊接后构件的截面尺寸。因此，横向收缩变形是大型钢结构制作时关键控制的变形。全熔透对接或T行接头横向收缩变形计算公式为:

Δ=0.1 X A / t mm

四、焊接变形的火焰矫正

在生产过程中普遍应用的矫正方法，主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。火焰矫正方法简便,比较机动,因此在生产上广泛应用。焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：(1)线状加热法；(2)点状加热法；(3)三角形加热法。下面介绍解决不同部位的施工方法。

1.翼缘板的角变形

矫正H型钢柱、梁、撑角变形。在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下），注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。线状加热时要注意：(1)不应在同一位置反复加热；(2)加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。

2.柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲

(1)在翼缘板上，对着纵长焊缝，由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，较难掌握。

(2)翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度一般取20—90mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复(以上三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正,加热时应采用中温矫正，浇水要少)。

3.柱、梁、撑腹板的波浪变形

矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤矫正。加热圆点的直径一般为50～90mm，当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大，可按d＝(4δ＋10)mm(d为加热点直径；δ为板厚)计算得出值加热。烤嘴从波峰起作螺旋形移动，采用中温矫正。当温度达到600～700度时，将手锤放在加热区边缘处，再用大锤击手锤，使加热区金属受挤压，冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力。矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，方法同上。为加快冷却速度，可对Q235钢材进行加水冷却。这种矫正方法属于点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。注意温度不要超过750度。

五、结语

在钢结构制造加工中，定量地对构件焊接后的挠曲变形、角变形和横向收缩变形进行计算和分析是非常必要和重要的，这样可以采取相应的控制措施和焊接工艺措施，从而有效降低和减少焊接变形，提高构件的加工效率并保证加工尺寸精度。

参考文献：

[1]徐初雄.焊接技术问答[M].械工业出版社,2004

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前言

随着时代的发展，压力容器产品涉及航天、电力、化工、医药等诸多行业，其质量是否合格、是否安全可靠运行直接影响着我国工业的发展与人民的生活水平，压力容器广泛应用于电力、石油化工、制药、煤炭等行业。提高其焊接质量和机械自动化水平对压力容器乃至整个焊接行业都具有十分重要的意义。Jens KlastrupKristensen认为焊接领域影响着自动化技术、材料科学、环境、无损检测、机械与腐蚀等多门学科。而焊接自动化技术是焊接领域的一个重要分支,对实现焊接自动控制具有重要意义。对于压力容器,焊接自动化技术主要分为硬件和软件两方面。硬件主要指压力容器自动焊接设备和方法;软件主要指计算机技术、电子技术、自动控制技术以及信息技术等进入压力容器焊接领域而形成的焊接控制技术、人工智能技术及专家系统等。

1硬件方面

1.1自动焊接设备

在压力容器的焊接生产过程中往往涉及到多种自动焊接设备,如电渣焊机、埋弧焊机、气体保护焊机(CO2焊机和氩弧焊机等)、等离子焊机等。我国压力容器焊接自动化技术起始于20世纪五、六十年代,到目前为止取得了很大的成就。近年来,国产自动和半自动焊机已占焊机总量的20.55%,MIG/MAG焊机年增长63.12%,TIG焊机年增长19.24%,埋弧焊机年增长135.36%。逆变焊机作为一种新技术和新工艺,具有优良的焊接性能和电气性能,适用于各种不同的弧焊方法和压力容器多位置焊接。美国、日本逆变焊接的应用程度已达到30%,而我国的逆变焊机已经发展到第三代产品,在国内压力容器行业的应用前景是十分乐观的。如东方锅炉厂、海擎重工机械有限公司、兰州石油化工机械厂等已将TIG、CO2逆变焊机等用于锅炉、压力容器的全位置焊接。在20世纪90年代初,国内已研制出多头埋弧自动焊和多头MAG自动专用焊机,目前国内已有十多家单位使用国产模式水冷壁专用焊机。现代焊接机器人尤其是弧焊机器人作为典型的程序控制柔性焊接系统,具有效率高、质量稳定等优点,在压力容器焊接领域受到高度重视。柔性焊接机器人随着其价格不断降低将在我国推广应用,成为焊接设备的微机自动化控制技术的一个发展方向。除此之外,一些工艺设备的改进,如液压封头筒体对装设备、万向焊接转台、小直径筒体纵缝环缝自动焊装置等,在很大程度上也提高了压力容器焊接自动化程度。

1.2自动化焊接方法

埋弧自动焊是目前压力容器焊接的主要工艺方法,应用于封头拼板焊缝、筒节纵环焊缝等,使焊接过程的自动化和机械化成为现实。但目前国内埋弧自动焊的控制系统大多仍采用简单的模拟电路,整体性能有待进一步提高。堆焊技术主要用于厚壁压力容器的焊接,其中带极埋弧堆焊由于母材熔深浅且较均匀,对工件表面质量要求低,成为国内外压力容器内壁堆焊的主要方法。最近研制出的高速带极堆焊法,与带极埋弧堆焊相比,堆焊层边界晶粒细小,杂质含量低,是一种经济性较好的堆焊方法。窄间隙焊接技术对于厚壁压力容器可进行全位置焊接,易于实现焊接过程的自动化。目前,该技术实现了焊前预置参数、自动稳定焊接电压、电流和速度,并且具有高度和横向自动跟踪系统,实现焊缝的自动焊接。气体保护焊具有电弧热量集中,熔池小,结晶快及焊接过程无熔渣等优点,主要用于全位置和薄板焊接,有利于实现焊接过程的机械化和自动化。CO2焊是一种高效率焊接方法,我国石油天然气第七建设公司从美国引进了球罐药芯焊丝全位置自动焊接技术,焊接熔敷效率高、速度快,改善了焊接条件。TIG焊接技术主要用于对焊缝密封性能和力学性能要求高的压力容器,能对熔深体积和形状进行精确的控制,可较好实现压力容器的全位置焊接。激光自动焊接技术由于具有极高的能量密度,其HAZ区极小的特点,能焊接几乎所有的金属,可以进行全位置焊接,已向厚壁压力容器焊接发展,但由于价格昂贵且设备笨重,在压力容器的应用前景有待观察。

2软件方面

2.1焊接控制技术

近年来焊接自动控制技术在压力容器行业得到了很大的发展。焊缝跟踪是焊接自动化控制系统的一个重要组成部分,对实现压力容器生产过程的焊接自动化意义深远。目前应用的焊缝跟踪系统主要包括接触式和非接触式两种类型。接触靠模式跟踪系统通过横向跟踪、纵向跟踪和微调系统保持导电嘴和焊缝之间距离不变,实现环缝焊接自动化,但有时会因坡口及焊缝的加工装配不均匀而影响传感器的测量精度。非接触式跟踪系统与其它学科联系紧密,目前国内外学者对此进行了不同程度的研究。非接触式超声波跟踪传感用到埋弧焊机上进行对焊缝坡口检测的焊缝跟踪,能满足压力容器制造的需要,在低成本焊接自动化具有较好的应用前景。基于CCD视觉焊缝跟踪系统可以用于埋弧焊、等离子弧焊等多种焊接方法和设备中,但鉴于焊接过程的应用环境恶劣,传感器要受到弧光、高温、烟尘等的干扰,使传感器的精度、抗干扰性能和灵敏度受到不同程度影响。虽然迄今为止已研究出多种自动跟踪方法,但大多数还处于试验阶段。随着计算机信息技术的发展和新型传感方式的研究,焊缝跟踪技术将会在压力容器行业得到广泛应用,进一步提高压力容器焊接过程的自动化和智能化程度。

2.2人工智能技术及专家系统

篇（11）

中图分类号：[TU279.7+6]文献标识码： A 文章编号：

引言：在西气东输项目实施的过程中，天然气高压管道在输气路线大规模的建设。此类高压输送管道是一项现场焊接安装工程，主要采用手工下向焊焊接工艺，而该工艺在我国之前的天然气管道铺设中尚未大规模采用，因此有必要对该项技术的应用进行相关探讨。

下向焊焊接工艺概述

1.1下向焊焊接工艺的特点

它是一种手工电弧焊焊接工艺方法，主要用于压力钢管的焊接，其焊接方法是：在管道水平放置固定不变的情况下，焊接热源从顶部中心开始向下焊接，一直到底部中心。

1）优点：

该工艺采用向下焊专用焊条，该类焊条用独特的药皮配方设计，与传统的向上焊焊条相比，具有电弧吹力大，焊接时熔深大，打底焊时可以单面焊双面成型、焊条熔化速度快、熔敷效率高等优点，超声波探伤、射线拍片合格率高。相对于自动焊又克服了在野外较差的自然条件下使用设备复杂、操作不便的不足。

2）缺点：

焊条价格较高;向下焊时熔深较浅，焊道间打磨工作量增加。随着管道壁厚的增加焊道层数迅速增加，焊接时间延长和劳动强度加大。

1.2下向焊焊接工艺适用范围

该方法适用于低合金高强度钢的薄壁大直径管道。在野外作业时，在达到一定质量要求的前提下，比手工电弧焊速度快，也比手工氢弧焊抗环境影响能力强。

在长输管道建设中的发展和应用

下向焊焊接工艺在长输管道建设中不断发展，得到了广泛的应用，现己成为一门较为成熟的工艺。60年代后期，该工艺主要使用纤维素焊条，但是当用于大直径、厚壁管的焊接时，其焊接速度反而比不上向上焊，因此下向焊焊接方法也在不断发展和完善，出现了以下几种工艺。

2.1混合型手工下向焊焊接工艺

根据前述对焊接材料的分析，低氢型焊条由于焊缝金属中含氢量和含氧量较低，在相同条件下，其韧性较纤维素焊条好，但速度慢，由此产生了混合型手工下向焊焊接工艺。该工艺是采用纤维素型焊条根焊、热焊和低氢型焊条填充焊、盖面焊的焊接方法，可充分发挥两种焊条的优点，适用于钢级较高的管道焊接。在国际管道建设上使用较多，美国、加拿大、荷兰及瑞典等国家在80年代后期的长输管道手工焊中广泛采用;在我国也有应用实例。可以预见，随着管道工程对管材提出更高的要求，高强度、高韧性的大口径钢管应用日益广泛，混合型下向焊焊接方法会逐步成为长输管道现场焊接的主要方法。

2.2复合型下向焊焊接技术

复合型下向焊是指对根层与热焊层采用下向焊、对填充层与盖面层采用向上焊的焊接方法，它主要用于壁厚较大的管道。如前所述，壁厚较大的管道，采用下向焊焊接方法，焊接层数多，反而不能发挥其焊接速度快的优势，因此考虑采用复合型的焊接方法，可发挥两种工艺的优点。

2.3下向焊焊接技术中的不同工艺在我国的应用

1993年建成投产的达连河一哈尔滨煤气管道是我国第一根采用低氢下向焊技术的管道干线工程，管径为630x7一720x7，材质为A3F钢，全长247.45km，最大工作压力为21.6MPa。陕京输

气管道工程，线路工程用钢管管材为APISLX60级，管径660mm，壁厚7.1一14.3mm；沿途环境比较恶劣，要求焊接接头具有较高的低温冲击韧性，通常的全纤维素焊接工艺难以满足该要求，经过综合性能比较、实验和焊接工艺评定，采用混合型手工下向焊焊接工艺，获得了成功。苏州工业园区输水管道工程，该工程所用的钢管规格为D1400，壁厚14mm。若采用单一的下向焊方法，一道焊口需要7一8层，而采用复合型下向焊方法，只需4一5层，这样，根层与热焊层采用下向焊，可加快焊接速度，而填充层与盖面层采用向上焊的焊接方法，可减少层数，由此一道焊口可节约焊接时间约30mm，可降低焊工的劳动强度，提高工作效率。因此该工程即采用了该项工艺。

3.下向焊焊接工艺在天然气管道建设应用过程中应注意的问题

3.1采用合理的焊接工艺

输气管道宜采用低氢型向下焊条，通过上述分析可以看到这样从焊条上很好地保证了焊接质量，但降低了焊接速度，提高了工程造价。因此建议应根据所选用的管材、壁厚、现场施工条件等因素，进行综合比较，采用合理的焊接工艺。

3.2应用下向焊工艺，关键在于选用工艺性能满足要求的焊接材料

下向焊技术使用的电焊条主要为纤维素型和碱性低氢型两大类。纤维素型电焊条主要特点是药皮发气较早且多，浸润性好，根焊成形好，过渡圆滑，同时，其对口间隙小，焊接速度快，效率高的优势也很突出，焊缝气孔也较少见。

碱性低氢型下向焊电焊条目前国内还没有生产，国际上应用较为普遍。该焊条焊缝金属中含氢量和含氧量较低，在相同条件下，其抗冷裂性和韧性均较纤维素焊条好，并且焊缝金属具有良好的综合力学性能。但是低氢型焊条的电弧吹力不及纤维素焊条大，焊接操作不便，焊接速度慢，电焊条端头必须有引弧剂，出气孔的儿率还是较高；若停弧，剩下的电焊条无法使用，对焊接设备和操作水平要求较高。

3.3焊接顺序

管道下向焊宜采用流水作业，小直径时，每层由两名焊工同时自顶部开焊，较大直径时，一名焊工自管顶开焊，另一名焊工自3时位置处开焊，直径≥N700时，推荐由三名焊工同时焊接， 以缩短根焊时间，保证层间温度，另外从不同位置开焊，能有效保证对口间隙不会变化。

3.4焊前预热

对焊接区域进行预热有利于打底焊时不粘条，焊接电流稳定，坡口两侧熔合良好。应依据所选用钢材等级和工艺评定规定，决定是否需要预热。如果要预热，可采用在管接头坡口两侧100mm范围内进行火焰预热的方法，温度为100~200℃，应均匀上升，要对温度进行测量控制。

3.5管道组对

宜选用内对口器，可实现根焊道一次完成。

3.6焊接设备

全位置下向焊对焊接设备有严格要求，所用的电焊机应引弧容易，燃烧稳定;焊接时飞溅小，不粘条，焊缝成形美观，体积小，重量轻，以适应野外施工的要求。

结语

加强对下向焊焊接技术的探讨，有助于提高该项技术在天然气管道建设中的运用水平，从而在管道建设中获取最佳的经济效益和社会效益。

参考文献：

曾乐：现代焊接技术.上海技术出版社，1992

陈学武等：长输管道向下焊焊接工艺，焊接，1999（10）