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焊道清根与角变形控制 摘要： 通过焊道清根，调整焊缝背部坡口尺寸，焊缝金属填充量，利用焊接反变形，产生焊缝反向角变形，控制焊缝角变形。 关键词: 角变形 焊道清根 焊接变形 焊接内应力 一 概述 焊接是容器类设备、大型圆形储罐、球形容器、圆筒形容器组装成型的重要形式，广泛应用于石油化工、冶金建材、电力储运等行业。 焊接变形（角变形、扭曲变形、弯曲变形等）是造成设备变形、失稳、受力不均，缩短其使用寿命周期、甚至破坏的重要原因。 焊接角变形是产生焊接变形中，影响设备质量的重要变形之一。因此，控制好焊道的角变形具有普遍的应用价值和意义。 笔者就从事球罐、储罐的组装焊接实践，浅谈焊道的清根与角变形控制。 二 焊接变形机理 焊接变形的实质是对焊件进行局部不均匀加热或冷却而产生焊接内应力，由于焊接内应力造成的变形。在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝附近的温度很高而远离焊缝区金属不受热（或为环境温度）。这样不受热金属部分便阻碍了焊缝及焊缝区金属的自由膨胀和收缩，因而焊缝有产生了不同程度的内应力。焊缝内应力会导致金属结构的各种变形，即焊接产生应力导致变形。因此，对于对接板焊接所产生的角变形的控制本质上是控制焊缝内应力的大小。 三 焊逢角变形的研究 角变形概念 角变形概念：焊接角变形是具有一定曲率（曲率为0时平面对接）的对接钢板间的对接焊缝，沿焊缝垂直方向（焊缝轴线）变形形成的凸形或凹形棱角，如图（1）所示： 图（1） 图（1） R1为半径、R2为焊接后半径、δ 为壁厚 ΔE为焊接角变形量 ΔE=R1-R2 ΔE＞0 内陷（凹陷）；ΔE＜0 外凸（凸起） 角变形普遍存在于圆筒形、球形容器的焊接制造中，是由焊缝收缩引起的最常见的结构尺寸上变形，因此，控制好焊接角变形是保证设备几何尺寸的重要措施。 焊缝角变形分析 焊缝填充金属量的多少及温度高低决定内应力的大小，内应力的大小决定焊缝变形的大小。而填充金属量取决于对接坡口的设计制造加工及组对尺寸。 一般球形、圆筒形容器对接焊缝采用不对称形的x型坡口或v型坡口最为普遍。以球罐对接焊缝为例，如图（2）： 外内 图（2） 其角变形为ΔE ΔE= 式（1） 式中、——分别为外、内侧焊缝横向收缩引起的角变形量。 ——分别为外内侧焊缝收缩引起的径向收缩量之和。 B、a、b相关常数。 n1 n2——外、内焊缝的焊接层数 由式（1）可知，采用图（2）坡口形式，外坡口大，焊接层数多，焊缝填充金属多。式（1）中第一项大，内角变形就大。同理第二项小，引起的外角变形小。两项叠加在板原方向引起的角度变形不能抵消。则会出现内角变形。 式（1）中内外侧焊缝环向收缩导致焊缝径向收缩方向是一致的，其收缩只能引起内角变形。 三项叠加形成球罐的焊接内角变形。因此焊接角变形与坡口有关 ΔE＞0 时为内（凹）变形量，ΔE＜0 时为外（凸）变形量 设计坡口形式 不对称X或V型坡口在压力容器球罐、大型贮罐中应用最为广泛。为此，以不对称X型坡口（v为x 的特例）为研究对象。如图（3）所示： 图（3）两种不同的焊接坡口 在板厚相同，坡口角度、坡口间隙、焊接工艺相同的条件下，采用（a）（b）两种坡口，对应的角度变形曲线中分别为0A2B2C2 、0A1B1C1 ΔE 外角 变形 A1 B1 C1 ΔE1 0 焊缝 B2 C2 ΔE2 内角 A2 变形 0A1与0A2 A1B1与A2B2大小相等方向相反，B1C1与B2C2大小相等方向一致ΔE 因此，采用不同的坡口形式所引起的角变形是不同的。坡口设计选择要依据板的刚度、薄厚及曲率而定。 钢板薄角变形大，板厚则变形小。内外坡口焊完后，保证ΔE=0为最佳选择坡口。选择X型不对称坡口为外大内小，薄板采用V型坡口。 焊逢焊接角变形变化。如图（4）a、b、c所示： 图（4）a 图（4）b 焊完大坡口 图（4）c 焊完小坡口 焊接工艺：先焊大坡口 背部清根 焊小坡口 最终焊道角变形为 ΔE3=ΔE1-ΔE2，ΔE1ΔE2方向相反。 当ΔE1=ΔE2时，ΔE3=0 结论：当大坡口焊完后，ΔE1成型，通过清根控制ΔE2，使ΔE2ΔE1,此时，焊接角变形最小。 焊道清根与角变形控制应用实践 根据角变形与坡口焊道填充量的分析及角变形变化趋势研究。我们可以得知，焊道的清根坡口尺寸直接影响焊逢的角变形。在施工过程中我们对储罐施焊中，对焊接的变形及焊道清根与角变形量情况做了过程跟踪监控。 球罐参数一览表 编号 介质 容积/直径