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可达性差的结构焊接时要注意些什么?

对于焊接结构件要使每条焊缝都能施焊,必须保证焊缝周围有供焊工自由操作和焊接装置正常运行的条件,这就叫焊接可达性。在实际焊接过程中,有一些焊接部位不容易接触到,那就是其焊接可达性较差,给焊接操作者带来不便和困难。为了保证可达性差的条件小焊接质量,要制定好相应的焊接工艺措施,充分利用辅助工具完成多障碍、操作空间狭窄、可达性差的结构焊接,其主要的工艺措施有:
坡口形式
 
坡口的加工方法,对于简单、工作量小的可采用人工坡口,主要使用锉削、磨削等办法。坡口机坡口,它主要用于管径较大、壁厚大于5mm的较规整的管道坡口。火焰切割坡口,用于大管径、厚壁管和现场作业的坡口,可用氧-乙炔火焰、等离子弧或激光切割加工坡口。这种坡口形成了表面氧化层,必须进一步修磨。
 
焊条电弧焊板厚6mm以上对接时,一般需要开坡口,对于非常重要的结构,板厚超过3mm就得开坡口。厚度相同的工件常用的坡口形式有:Y或U形单坡口,可达性较好,但焊后角变形大,焊条消耗量也大些;Y或U双面坡口,受热均匀,变形较小,焊条消耗量也较小。在板厚相同的情况下,双Y形坡口比单Y形坡口节省焊接材料近1/2,但必须两面都可焊到,所以有时受到结构形状限制。U形和双U形坡口根部较宽,这样容易焊透,并且焊材消耗量也较少,但坡口制备成本较高,一般只在重要的结构中使用,根据现场操作空间、障碍形式等情况加以选择。
 
焊前预热
 
预热能减缓焊后的冷却速度,有利于焊缝金属中扩散氢的逸出,避免产生氢致裂纹;同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度,提高了焊接接头的抗裂性。预热可降低焊接应力,均匀地局部预热或整体预热,可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差(即温度梯度);这样,一方面降低了焊接应力,另一方面,降低了焊接应变速率,有利于避免产生焊接裂纹。预热可以降低焊接结构的拘束度,它对降低角接接头的拘束度尤为明显,随着预热温度的提高,裂纹发生率下降。
 
预热温度和层间温度的选择与钢材和焊条的化学成分有关,还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关,应综合考虑这些因素后决定。另外,预热温度在钢板厚度方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性,对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的温度,应根据被焊工件的拘束度情况而定,一般应为焊缝周围各4倍壁厚,且不得少于150~200mm。如果预热不均匀,不但不能减少焊接应力,反而会出现增大焊接应力的情况。
 
焊后去应力
 
在可达性差的焊接过程中,由于焊接过程本身加热和冷却的不均匀性,以及结构的特殊性,产生拘束或外加拘束,在焊接结束后,在构件中总会产生焊接应力。去应力热处理就是使焊好的工件在高温状态下,其屈服强度下降,来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种,一是整体高温回火,即把工件整体放入加热炉内,缓慢加热到一定温度,然后保温一段时间,最后在空气中或炉内冷却,用这种方法可以消除80~90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火,即只对焊缝及其附近区域进行加热,然后缓慢冷却,降低焊接应力的最高值,使应力分布比较平缓,同样起到部分消除焊接应力的目的。还有一种叫后热处理,它是指焊接工作停止后,立即将工件加热到一定温度(300~400℃),保温2~4h,使工件缓慢冷却,以加速氢的逸出的一种热处理方法。
 
降低变形和残余应力
 
焊后缓冷就是对焊后工件设法保温(如放于石棉布或生石灰中),让工件缓慢冷却,以消除内应力,缓冷对于高碳钢、合金钢、铸铁工件更为重要。对一些要求较高的工件,为消除焊后残余应力,可进行消除应力退火,即将焊后工件放于加热炉中缓慢加热至一定温度,并保温一段时间,然后在空气中或随炉冷却。
 
锤击焊缝,当堆焊层或焊缝处在赤热状态时,用小手锤敲打焊缝,以抵消焊缝金属及热影响区金属的收缩力,从而减小或消除内应力,减小或矫正变形。锤击焊缝部位还可改变金属组织内分子排列情况,提高金属的力学性能和耐腐蚀性。延展性能好的焊缝金属,效果更好,通常对于底层和表面层的焊缝不锤击。
 
锤击时,要选择恰当的温度范围,有些金属在一定范围内强度异常低,有些金属则具有脆性。比如,铝在温度升到400~500℃时,其强度几乎丧失;青铜铸件当温度升到550~650℃时,其强度也变得很小,这时十分轻微的敲击就能将工件敲坏;钢材材料在300500时有脆性,也不能敲击;含磷高的钢铁材料,在冷态敲击时容易产生裂纹。
 
敲击要领是:一般钢铁材料,800℃时锤击效果较好,随着温度下降锤击里量也应减小,300~500℃时不允许锤击,冷焊缝的锤击应在300℃以下进行。锤击时,尽可能地向焊缝的横向锤击,以便焊缝金属作横向伸展,来达到抵消焊接时产生的应力,锤击要轻快均匀。
 
安全操作
 
可达性差的空间焊接作业的危险性要比平常焊接作业大的多,更应重视安全生产,真正做到“安全第一”。它不仅取决于系统请洗,置换处理程度,机构的内外部复杂程度,还与施工进度、难度、劳动组织协调等密切相关。简单地说有以下几个方面:
 
彻底隔离,焊补容器管道时,焊接部分必须与生产部分隔开,并派专人看守。彻底置换,常用氮气二氧化碳蒸汽或水置换容器或管道内的介质,并符合国标GB21-2002。彻底清洗,焊补前将容器管道内的可燃易燃易爆有毒有害介质清理干净。彻底监测,在焊前焊中都要对焊接处内外气样进行不间断监测。动火证,在焊前必须办理动火证,明确动火程序,落实安全措施,并通知企业消防组,参考标准GB12710-2008,HG23011-1999。