锅炉钢架焊接变形和焊接裂纹的预防措施

陈琦

【摘要】钢架在焊接的过程当中，最为重要的一个问题之一就是一定要防止钢架出现焊接变形，影响钢架出现变形的因素其实是非常多的，而且现场的情况比较复杂多变，因此在整个施焊的过程当中，都必须要随测随正，依据实际的焊接情况，随时变更焊接的顺序，并且针对于出现变形的钢架，需要及时的校正，最终才能够得到一个最佳的结果。

【關键词】锅炉钢架焊接;焊接变形;焊接裂纹

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、工程简介

本项目拟建设3台（2用备）220t/h高温超高压循环流化床锅炉，配230MW抽背式汽轮发电机组，及其配套设施，总装机容量60MW，并预留1炉1机扩建场地，规划远期全厂规模达到4炉3机。

本项目拟建厂址位于浙江省嘉兴市海盐经济开发区杭州湾大桥新区，占地约100.89亩。本厂区的交通条件较好，厂址西侧为海港大道，南侧为西塘路，东侧海湾大道和杭州湾环线高速，北侧为东海大道和沈海高速，海盐县位于浙江省北部杭嘉湖平原，地处北纬30°21′到30°28′，东经120°43到121°02′，东濒杭州湾，西南邻海宁市，北连平湖市和秀洲区。海盐县地理位置优越，县城武原镇北距上海118km，南离杭州98km。海盐杭州湾大桥新区位于杭州湾跨海大桥北堍，紧靠沿海大通道、01省道、乍嘉苏高速公路和省六级航道（盐平塘），近邻上海、宁波和苏州，距乍浦港7km，水陆交通便捷。

根据海盐县水利局于城水文站的实测资料，近100年的海盐县河道的水位如下：100年一遇洪水位2.83m（85国家高程）50年一遇洪水位，2.71m（8 国家高程）盐县地处北亚热带南缘，是典型的东亚季候风气候。冬、夏季风交替明显，四季分明。多年平均温度：15.7℃，极端最高气温：38.1℃，极端最低气温：18.8℃，最热月（7月）平均气温：28.5℃，最冷月（1月）平均气温：3.3℃，最大年降水量：1764.0mm，多年平均降水量：1173.3mm，平均相对湿度：81%，基本风压值：0.45kN/m2，基本雪压值：0.45kN/m2，平均风速：2.76m/s，本地区全年主导风向不明显，最强的风向为ENE风，出现频率为12.3%;其次为ESE风，出现频率为，11.3%;全年静风频率为1.7%。交通运输条件，本工程厂址的交通运输条件良好，交通便利，本工程重大件设备经公路运输进厂.

本工程为用地分为南区和北区，总用地面积为67260.4平方米，合100.89亩，其中北区用地面积为36939.5平方米，合55.41亩，南区用地面积为30320.9平方米，合45.48亩，本项目厂区规划分为主厂房区、配电装置区、水工设施区、厂前区、贮运设施区等5个主功能区。

2、锅炉钢架焊接施工前的准备以及条件要求

2.1焊接施工人员的资格以及要求

焊接技术人员在正式开始施工之前，需要向相关的人员进行技术交底，并且深入的对于技术进行指导以及监督，需要参与到最重要的验收工作当中，及时的将工程施工过程当中所有的资料记录下来。质检人员必须要有资格证书，负责整个工程的质量检查以及最终的验收评定。而焊接操作人员必须要取得相应的资格证书，而且一定要经过焊接考试才能够真正的上岗作业，严格的按照相关的技术措施来对其进行施焊处理，并且一旦出现了质量问题的话，需要及时的报告给有关人员，焊接人员不能够自己自行处理。

2.2焊接设备的要求

施工场地的焊接设备必须要完成定期的检查，而且在具体的使用之前，还应该确认焊接设备和所承担的焊接工作是否是相适应的，如果并不相适应的话，需要换上相适应的设备才能够开始施工。

2.3劳动力安排

在锅炉钢架安装的过程当中，需要配备好相应的焊工以及锅炉工和起重工等，每一个岗位都要负责自己的工作，这样才能够满足施工的要求。

3、锅炉钢架焊接变形产生的原因以及预防措施

3.1锅炉钢架焊接变形产生的原因

钢架焊接是工业生产当中的一个非常重要的制造方法，现在得到了非常广泛的使用，但是钢架的焊接是比较特殊的，拥有着非常独特的特点，所以说在焊接的时候，势必会容易引起变形的情况，如果我们没有对钢架的变形的原因进行分析，并且对其提出有效的应对对策的话，势必会给生产带来很大的影响。

在进行焊接作业的过程当中，焊接电弧主要是在两个电极之间的气体介质当中所产生的放电现象，电弧的产生首先是由两级电路相互接触所形成的短路，由于在接触的过程当中，接触电阻跟短路电流产生了效应，所以说导致两个电极之间的接触点出现了白热状态，然后把两个电极拉开，电极之间的空间就会受热，实现电离化，与此同时，阴极上面的高速度的电子会飞出撞击空气当中的原子，并且把电子撞击出来之后，就产生了离子以及自由电子，在电场的作用下，阴离子和阳离子会出现碰撞，阴离子以及自由电子会向阳极碰撞，在碰撞之后两个电极之间就会出现高热，并且放射强光。

电弧是由阴极区，弧柱以及阳极区共同构成的，阴极区跟阳极区的温度主要取决于电极的材料，一般来说，阴极区的温度大约会控制在2400k至3500k之间，阳极区大约会控制在2600k-4200K之间，中间弧柱部分的温度是三部分当中最高的，大约可以达到5000k-8000K之间。

焊接接头主要包括两部分金属，分别为焊缝以及热影响区，焊缝金属主要是液态金属，能够迅速的冷却，其中心点的温度能够达到2500℃以上，靠近焊缝的基本金属在高温作用下会产生一定的变化，这个区域我们统称其为热影响区，焊缝处的温度是非常的高的，但一旦向外，温度就会迅速的下降，热影响区主要是包括正火区，不完全正火区，过热区，不完全融化区等等，热影响区的宽度在8～30mm之间，温度会控制在500℃到1500℃之间，金属结构内部由于在焊接过程当中出现了不均匀的加热以及冷却，所以说会产生焊接应力，焊接变形就是因为焊接应力的产生而造成的。虽然进行焊接的过程当中，不均匀的加热会导致焊缝附近的温度非常的高，而大部分金属是不受热的，所以说不受热的金属延迟了焊缝以及周边区域的收缩，因而在冷却之后会产生不同程度的内应力，就导致焊接结构出现了各种各样的变形的情况，金属内部会发生组织转变，也有可能会导致最终的焊接变形。

3.2防止焊接变形的主要工艺措施

预留焊接收缩量 。在进行焊接的过程当中，需要在组合时将比例尺一起设计的尺寸有意放大，具体的放大尺寸，需要结合组合具体的形式以及钢构架的质量和钢构架的形式等来确定，一般来说，立柱组合的收缩量，每一个接口都需要留出來4mm左右，分片组合的结构最好是能够留出10mm，如果是整体钢架组合的话，那么需要预留出5mm左右的收缩量，上半部分则需要预留出10mm左右，顶部钢架的主梁跟次梁之间的收缩量最好能够预留出3mm左右。

使用对称的方法来对其进行焊接。就以立柱组合作为例子，立柱组合在进行焊接的时候，每一个接口都需要进行八条焊缝的焊接，在焊接的时候，最好能够安排两名焊工针对于两个对称位置的焊缝进行同时的焊接，这样能够有效地避免出现弯曲或者是扭曲的情况。

长焊缝应该采取分段退焊的办法来对其进行施焊处理，一般焊缝的长度如果超过了500mm的话，都需要使用分段的方法。

控制好焊接的规范，在焊接的过程当中，一定要注意，如果是非对称位置的话，那么更需要去观察它的焊缝是否会出现问题，比方在立柱或者是横梁上面进行焊接的时候，就应该采取小规范多层焊的方法，注意好每一道焊接的顺序，这样才能够控制好焊接的变形情况。

使用合理的施焊顺序。仍然以立柱式为主进行研究，在进行立柱式的施焊的过程当中，应该由两名焊工来进行对称工作，其焊接的速度以及电流跟直径都必须要保持一致，在焊接的时候，需要注意先焊立焊，然后再焊平焊，每一条焊缝都应该采取分段的方法，并且要求一层焊缝的所有焊缝全部焊接完毕之后，再进行四层的焊接，分片组合焊接以及整体组合焊接的过程当中，也需要注意焊接顺序的问题，另外，节点板的双面角焊缝同样也存在着顺序问题，总而言之，焊接的顺序对于整个钢架焊接的过程来说是非常重要的。

依据现场的具体施工情况，人为地加大或者是控制好焊接的收缩量，这样能够有效地达到控制整体变形的目标，一般来说钢性比较小的地方，它的收缩量会非常的大，横梁或者是栏杆，如果两头同时进行焊接的话，它的收缩量是比较大的，规范大，收缩量大，散热效果比较差的，收缩量大，这些都是在焊接过程当中的规律以及多次施工之后的测量结果的经验总和，因此如果想要控制好变形的话，就应该人为地去控制各个焊缝的收缩量，这样就能够达到控制整体变形的目的。

最主要的一点是要在施工的过程当中，完全按照图纸来施工，尊重施工设计，焊接操作人员绝不能够仅以自己的经验完成施工操作。

在焊接的时候，首先应该去焊接收缩量比较大的焊缝，比方说立柱接口当中的四条纵向焊缝，因为他的收缩量非常的大，所以说在施工的时候需要先焊，把纵向焊缝焊接完毕之后，才能够再去焊接横向焊缝，在组对的时候需要注意一点，一定要留够横向焊缝的对口间隙。

4、焊接裂纹产生的原因以及预防措施

4.1焊接裂纹产生的原因

焊接裂纹指的就是在进行钢材焊接的过程当中由于焊接应力以及其他的一些复杂的因素的影响下，导致焊接接头中局部地区出现金属原子遭到破坏而产生裂隙，焊接裂缝具有尖锐的缺口以及大的长宽比特征，属于焊接结构当中非常严重的一个焊接缺陷之一。

4.2焊接裂纹预防措施

在进行锅炉钢架焊接的过程当中，我们应该尽量从源头上控制好焊材的种类，这样才能够防止在焊接的时候用错焊材，而且在进行焊接的时候，必须要严格的按照相关的工艺要求来对其进行施焊。

需要注意好焊材的品质以及施工的工艺，包括保温桶的使用等，也就是说我们在施工的过程当中，要求操作人员必须要严格地执行各项管理制度。

焊缝区域必须要专门派遣工作人员对其进行认真的清理，尤其是需要将残留的油漆以及一些污渍部分清理干净。

注意使用防风防雨措施，除此之外，在施工的过程当中，最好使用短弧施焊的办法，一般情况下不要使用跳弧方法来进行施焊。

针对于那些收缩量比较大的焊缝，必须要先处理，这样才能够有效的减小焊接应力的产生。

当环境温度比较低的时候，在施工之前，必须要采取预热或者是缓冷的措施。

应该有效地减少焊缝的缺陷，尤其是咬边和条渣等缺陷，杜绝出现裂纹源。

结语：

综上所述 ，在本篇文章当中，笔者主要就锅炉钢架在焊接过程当中产生变形的原因以及预防方法进行了简单的探讨，同样也针对于焊接时出现的裂纹的情况以及预防措施进行了简要的研究，焊接裂纹是焊接过程当中非常严重的一种缺陷，会导致应力集中而使其出现断裂，所以说为了保证焊接的安全性和可靠性，必须要对其进行研究和分析。

参考文献 ：

[1]朱建洛，张永梅，高新勇.锅炉钢架焊接变形和焊接裂纹的预防措施[J].科技信息，2006，（5）：85.

[2]孙昌茂.大型锅炉钢架顶板的焊接技术[J].钢结构，2004，19（2）：41-43.

[3]党生，陈瑛，马文集.锅炉钢架大板梁的焊接技术及应用[J].机械研究与应用，2007，20（3）：66-66，69.