尾气烟囱筒体环焊缝错边分析与对策

阮虹 刘利平 杨旭

【摘 要】烟囱筒体制作焊接时易发生错边。对产生原因进行分析并提出了具体控制措施，使得焊接质量处于受控范围内。

【关键词】烟囱筒体；错边；原因；控制

川东某项目的烟囱筒体共3座，每座筒体高100m，规格为Ф2300mm×16mm/Ф2000mm×12mm，材质为Q235A。筒体采用现场制作，先用钢板卷制成短节，再将一定数量的短节组焊成段，每段两端焊接法兰，最后用法兰将6段筒体组装形成100米高的烟囱（图1）。筒体的对接焊缝采用双面焊的手工焊条电弧焊工艺。制作、检验、验收标准为JB/T4710-2005《钢制塔式容器》。根据标准要求，对接焊缝的错边应≦3mm。

1.错边的危害

焊接错边是焊接变形中的一种，是指两被连接工件相对位置发生变化。错边会在焊缝处产生附加弯曲应力，在错边处产生应力集中，降低了承载能力，同时对焊缝的外形美观和尺寸精度造成影响。若错边超标，需要对其进行矫正，矫正工作复杂且费工费时，严重时甚至会使焊件结构报废。本项目在制作过程中发现筒体有的环焊缝错边已超过标准要求的3mm，局部甚至超过了4mm。如不进行控制，势必造成最后不能交工验收。

2.产生原因

筒体环焊缝错边的产生受以下几个方面的影响。

（1）筒体纵焊缝横向收缩变形的影响。纵焊缝的横向收缩变形，会引起筒体圆周方向尺寸的变化，当变化不一致时将造成两节筒体在组对时产生错边。横向收缩量（△B）与坡口形式、坡口间隙、坡口角度、拘束度等因素有关。V形坡口的△B比X形坡口大；坡口间隙和角度越大，△B也越大。因此，如果同一节筒体中纵焊缝不同部位或者相邻两节筒体的纵焊缝所受的拘束度不同、坡口间隙或角度不同，会造成横向收缩量不同，最终在环焊缝处产生错边。

（2）筒体纵焊缝角变形的影响。由于筒体纵焊缝在厚度方向的不均匀收缩，使焊缝发生角变形，在筒体上就表现为焊缝部位向圆心方向靠拢，产生变形（图2）。虽然可以采用碾压方法，利用圆盘形滚轮来碾压焊缝及其两侧来进行矫正，但仍会存在一定的角变形，最终造成环焊缝组焊时在该处产生错边。

（3）筒体纵焊缝错边的影响。纵焊缝由于组对时产生错边（图3），会造成环焊缝在组对时产生错边。纵焊缝错边对环焊缝错边的影响在丁字焊缝处最大。

（4）筒体环焊缝不均匀收缩变形的影响。环焊缝在焊接时由于焊接顺序不合理、工装卡具固定不稳，会使焊缝产生不均匀收缩，造成筒体产生错边变形。工装卡具固定不稳可从两方面影响错边：一方面，若卡具一侧未将筒体夹紧，会使其导热相对于另一侧慢，造成热输入的不平衡，在焊缝收缩过程中产生错边；另一方面，卡具固定不稳，减小了拘束度，不能阻碍筒体的变形。

（5）组对的影响。纵焊缝的组对间隙不同，会造成筒体圆周方向的尺寸不同，从而在环焊缝上产生错边。环焊缝组对时未对准就进行焊接将直接产生错边。

图1 尾气烟囱筒体制造简图

3.控制措施

（1）控制筒体纵焊缝横向收缩变形引起的错边量。控制纵焊缝的横向收缩，就是要控制坡口间隙、度数和拘束度。同一节筒体中纵焊缝不同部位和相邻两节筒体的纵焊缝的坡口间隙和度数应基本一致；焊接工装夹具需稳固，数量足够、位置均匀分布；点焊工艺严格按照工艺规程要求进行：需保证点焊焊缝数量、长度足够，点焊位置需均匀分布。

图2 筒体角变形 图3 筒体纵焊缝错边

（2）控制筒体纵焊缝角变形。在筒体纵缝组对时进行反变形，即筒体两边向外形成一定的夹角（图4）。同时，采用合理的焊接顺序，当焊接完正面的第一层、第二层后即对背面焊缝进行焊接，最后再焊接正面剩余的填充部分和盖面部分（图5）。

图4 纵缝组对反变形

注：1、2、3…n表示焊接顺序

图5 纵焊缝的焊接顺序

（3）控制筒体纵焊缝错边。在进行筒体纵焊缝组对时，需严格控制错边量，尽量将错边量减到最小。

（4）控制筒体环焊缝不均匀收缩变形。筒体环焊缝不均匀收缩变形可通过以下三个方面来控制。一是工装卡具应固定稳。二是是工装卡具数量要足够且在筒体周向均匀分布。三是需合理安排焊接顺序，采用对称焊接。

（5）控制筒体组对。

A、下料时，纵焊缝坡口间隙部位表面应平直。

B、纵焊缝组对间隙应相同。

C、环焊缝组对时可在筒体内部采用钢管做刚性支撑（图6），这样不但保证了筒体的圆度，也增加了拘束度，减小了焊接变形。为了便于筒体圆度的测量，在筒体内设置弧形板（图7），弧形板的弧度与标准筒体的弧度相同。

D、在组对时局部错边超标的地方采用千斤顶，使坡口表面平齐。

E、同时也可通过使错边在圆周上均匀分布的方法来减小错边，错边量达不到要求的不允许进行焊接。

（6）当错边量略有超标时，可将错边超标处进行打磨，使焊缝圆滑过渡。

图6 筒体内加支撑 图7 筒体内设置弧形板

4.结语

通过采取以上控制措施后，大大减小了筒体环焊缝的错边，使其都在标准要求的3mm内，减少了因错边超标而需进行矫正的工作和时间，保证了筒体的质量，有利于筒体的顺利验收。