彭昌永 周定果 狄歐

摘要： 針對(duì)大型籠式多層架體分析了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、質(zhì)量控制要點(diǎn)、焊接工藝難點(diǎn)，進(jìn)行了焊接工藝方案研究，選擇了合適的焊接材料、工藝參數(shù)、焊接順序，通過(guò)過(guò)程監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)調(diào)整順序，生產(chǎn)實(shí)踐證明，控制住了大厚度復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的焊接裂紋，有效地控制了焊接變形，滿(mǎn)足了大型架體的高精度要求。

關(guān)鍵詞： 大型籠式多層架體；焊接裂紋；焊接變形

中圖分類(lèi)號(hào)： TG-457.11

Abstract： The structure， welding difficulties， quality control points of big cage multilayer shelf were analyzed. Then the welding consumables，parameters and sequence were appropriately selected. The problems were solved by adapting effective measures. In result， the weld crack and welding deformation were effectively controlled， and the precision of production are satisfying.

Key words： big cage multilayer shelf； weld crack；welding deformation

0 前言

針對(duì)某大型籠式多層架體，分析了焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接工藝技術(shù)難點(diǎn)、主要控制要素，進(jìn)行了焊接工藝研究，采取了有效措施，經(jīng)過(guò)精心的焊接施工，以及焊接過(guò)程中的一些合理調(diào)整，成功地完成了四段大型籠式多層架體的裝配焊接，經(jīng)過(guò)后續(xù)的裝配、使用驗(yàn)證，表明整個(gè)大型籠式多層架體的焊接質(zhì)量、精度指標(biāo)滿(mǎn)足使用功能要求。

1 架體結(jié)構(gòu)分析

大型籠式多層架體結(jié)構(gòu)，主體材料為Q345，屬低合金高強(qiáng)度鋼。Q345鋼焊接性較好，但是大型籠式多層架體的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，焊接結(jié)構(gòu)厚度尺寸大，拘束度大，焊縫位置數(shù)量多，焊接應(yīng)力復(fù)雜，容易產(chǎn)生裂紋[1-6]。

架體精度要求較高，要求各隔板的平行度誤差≤1 mm，同軸度誤差≤2 mm，在現(xiàn)有的所有焊接方法中，只有焊條電弧焊具有操作位置可達(dá)性，而焊條電弧焊方法本身的精密性較差，焊接變形的控制有較高的難度。

2 焊接工藝

2.1 焊接工藝試驗(yàn)

針對(duì)產(chǎn)品的具體焊接結(jié)構(gòu)、焊接位置，在焊前進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)，如圖1所示。

要求按圖規(guī)定的操作工位進(jìn)行施焊，成形美觀(guān)，焊縫尺寸、焊縫外觀(guān)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。要求焊接過(guò)程中細(xì)心操作，嚴(yán)格過(guò)程控制和檢查，若有氣孔、裂紋等缺欠應(yīng)及時(shí)打磨清除。內(nèi)部質(zhì)量按GB 3323—2005《金屬熔化焊焊接接頭射線(xiàn)照相》的Ⅱ級(jí)焊縫要求進(jìn)行控制。按圖示位置打標(biāo)記，以標(biāo)識(shí)操作者、焊接工位。

經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)件的練習(xí)，達(dá)到圖樣的焊縫尺寸及外觀(guān)要求：①焊縫最大寬度與最小寬度之差，在任意50 mm焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)不大于3 mm，整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)不大于4 mm；②焊縫邊沿直線(xiàn)度在300 mm范圍內(nèi)不大于2 mm；③焊縫表面凸凹，在焊縫任意25 mm內(nèi)，不大于2 mm；④ 焊腳尺寸8 mm；⑤磁粉探傷達(dá)到JB4730—94《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》的I級(jí)要求。

2.2 焊前準(zhǔn)備

（1）調(diào)試焊接規(guī)范，要求四臺(tái)焊機(jī)的工藝基本一致。

（2）嚴(yán)格清洗工件和烘干焊條，減少焊縫中氫的含量，降低裂紋敏感性。

（3）用棉紗或白布蘸少量丙酮擦洗待焊處，去除油污、雜質(zhì)。

（4）檢查各隔板與上、下鋼梁間是否貼合緊密，各件是否組裝到位，壓板、卡蘭是否擰緊。

2.3 選擇合適的焊接材料

打底焊時(shí)，選擇的填充金屬鈦具需要有優(yōu)良的塑性，低溫韌性和抗裂性，因此選擇性能較好的低氫鉀型藥皮焊條J506。填充、蓋面焊選擇焊波整齊、電弧穩(wěn)定的鈣鈦型焊條J502，直徑為4 mm，以提高填充效率，改善焊縫成形。

2.4 工藝參數(shù)的選擇

通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)件，推薦了焊接工藝規(guī)范，見(jiàn)表1。合適的工藝參數(shù)，保證焊縫底部熔合良好，減小應(yīng)力集中，防止裂紋產(chǎn)生的根源。同時(shí)，保證各焊接位置表面成形良好，防止后續(xù)焊縫產(chǎn)生未熔合，并保證最后蓋面焊縫的尺寸、成形美觀(guān)。

2.5 焊接順序

針對(duì)大型籠式多層架體隔板多、剛性大等特點(diǎn)，焊接順序由中間隔板開(kāi)始，對(duì)稱(chēng)向外推移，將焊接應(yīng)力向兩端釋放，以降低焊縫裂紋的敏感性，讓?xiě)?yīng)力充分釋放，從而減小變形。

焊接時(shí)要求四名焊工基本保持同步對(duì)稱(chēng)施焊，使焊縫的縱向收縮和橫向收縮比較對(duì)稱(chēng)，以保證焊縫收縮的一致性。采取上下交錯(cuò)對(duì)稱(chēng)施焊，使焊接應(yīng)力對(duì)稱(chēng)，且焊接溫度場(chǎng)均勻，進(jìn)一步減小變形，同時(shí)控制裂紋的產(chǎn)生。

依據(jù)以上原則，總體焊接順序，見(jiàn)圖2所示。

（1）定位焊，順序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

（2）第一層，順序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

（3）第二層，順序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

（4）第三層，順序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

每塊隔板的具體焊接順序：四名焊工同時(shí)施焊，速度基本一致，焊接中間隔板時(shí)，兩名焊工在隔板正面，兩名焊工在隔板背面，同時(shí)對(duì)稱(chēng)施焊，順序：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10，如圖2所示。

焊接兩端的隔板時(shí)，兩名焊工在左端隔板，兩名焊工在右端隔板。

2.6 焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)調(diào)整

為了保證焊縫質(zhì)量，點(diǎn)焊及施焊過(guò)程中，用5倍放大鏡檢查焊縫表面，不得有氣孔、夾渣、裂紋、咬邊等缺欠，對(duì)點(diǎn)焊和打底焊縫要特別仔細(xì)檢查。

以首、尾隔板中心孔為基準(zhǔn)，用準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡測(cè)量其余隔板的中心孔X， Y的位移，通過(guò)計(jì)算得出整個(gè)架體的同軸度。

如圖2所示，1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)、4點(diǎn)為測(cè)量位置，以焊前裝配狀態(tài)的跨據(jù)作為基準(zhǔn)值，檢測(cè)跨據(jù)的變化量，通過(guò)計(jì)算得出各隔板之間的平行度。

為控制焊接件精度，必要的焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)調(diào)整也極為重要，具體要求：點(diǎn)焊定位、第一層、第二層、第三層焊后分別測(cè)量相鄰兩擋間距、架體的同軸度，根據(jù)變形情況實(shí)時(shí)調(diào)整焊接順序。

2.7 焊接生產(chǎn)結(jié)果

架體焊接完成后，靜置時(shí)效24 h后，用5倍放大鏡檢查，發(fā)現(xiàn)有少量表面裂紋，經(jīng)過(guò)局部打磨即可去除。焊縫尺寸及外觀(guān)質(zhì)量達(dá)到要求，經(jīng)磁粉探傷達(dá)到JB 4730—94《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》的I級(jí)要求，多次重復(fù)焊接生產(chǎn)結(jié)果表明，有效的控制了裂紋。

檢測(cè)結(jié)果表明：平行度誤差不大于1 mm，平均為0.82 mm；同軸度誤差不大于1.5 mm，平均為0.92 mm；預(yù)留與實(shí)際焊接焊接收縮量基本抵消；主要精度指標(biāo)達(dá)到要求，好于GB/T 19804—2005《焊接結(jié)構(gòu)的一般尺寸公差和形位公差》的精密級(jí)精度。

3 結(jié)論

選用具有優(yōu)良塑性、抗裂性好的低氫鉀型藥皮焊條J506打底，選用焊波整齊、電弧穩(wěn)定的鈣太型焊條J502填充、蓋面，實(shí)現(xiàn)了焊接結(jié)構(gòu)厚度尺寸大、拘束度大、焊縫位置數(shù)量多、焊接應(yīng)力復(fù)雜的大型籠式多層架體焊接，有效的控制了裂紋。

采用從中間向兩端推移的對(duì)稱(chēng)焊接順序，可以降低焊縫裂紋的敏感性、減小變形，大型籠式多層架體的焊接精度好于GB/T 19804—2005《焊接結(jié)構(gòu)的一般尺寸公差和形位公差》的精密級(jí)精度。

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