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摘要：水电站钢结构质量的好坏和焊接施工密切相关，然而焊接变形却影响了水电站整体工程的质量，因此一定要做好焊接变形的质量控制。本文介绍了水电站钢结构焊接变形的种类及其影响因素，從焊前控制、焊接中施工技术、焊后热处理三方面提出了控制焊接变形的措施，为焊工施工提供操作依据，提高钢筋焊接水平，确保钢筋焊接质量。
关键词：水电站；钢结构；焊接变形；质量控制
Abstract: hydropower station steel structure the stand or fall of quality and welding construction, however, closely related to the welding deformation is affects the whole hydropower station engineering quality, so must do the quality control of welding deformation. This paper introduces the hydropower station steel structure types of welding deformation and its influencing factors, from before welding, welding control in construction technology, postweld heat treatment three aspects put forward control welding distortion measures, for welding construction to provide the basis for operation, improve the steel welding level, ensure that steel welding quality.
Keywords: hydropower station; Steel structure; Welding distortion; Quality control
中图分类号： TV73 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
焊接变形是焊件在焊接过程中产生的变形，是钢结构制造中所遇到的一个普遍问题。如何控制好焊接变形是钢结构产品制造成功与否的关键之一，也是难点之一。钢结构是水电站建设中一种重要的建筑结构，焊接是钢结构制安项目的必要施工环节。目前，我国水电建设突飞猛进，机组发电容量增大，钢管直径越来越大，钢结构在其建设项目中的比重大副度增加，管线压力越来越高，因此，发生焊接变形的几率增大。要实现焊接变形的控制，提高水电站建设质量，就必须对钢结构焊接变形的影响因素十分了解，并在此基础上，做好钢结构变形的预防工作。
一、焊接变形及其种类
焊接变形是指在焊接应力作用下，如果焊件的约束较小，则焊件会产生相应的尺寸变化或弯曲或翘曲变形。
焊接变形的种类很多，与构件形状和尺寸，焊接方法和顺序，约束情况等很多因素有关。常见焊接变形主要分为：
结构整体焊接变形：①横向收缩变形：②纵向收缩变形：③弯曲变形：④扭曲变形：
结构局部变形：①角变形：②波浪变形
二、影响钢结构焊接变形的因素
（一）材料的热物理性能
不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形也不同，焊接变形也不相同。
（二）结构刚性
焊后焊缝一般都产生纵向和横向收缩，这种收缩受到整个结构的限制而产生“收缩力”。对于刚性大的焊接结构在这种力的作用下产生的变形比较小；而刚性小的焊接结构在这种力的作用下就产生较大的变形。
（三）装配和焊接顺序
结构的整体刚性总是比它的部件的刚性大，抗变形能力也大。有了合理的装配顺序还需要有合理的焊接顺序配合，以控制变形。
（四）焊接工艺方法
不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手动焊热集中，受热区窄，变形较小。CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小。
（五）焊接参数。即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量愈大，焊接变形愈大。焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度增大而减小。在3个参数中，电弧电压的作用明显，因此低电压、高速、大电流密度的自动焊变形较小。
（六）焊缝数量和断面大小
焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。
（七）焊接热输入
一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大，不论对纵向、横向或角变形都有变形增大的影响。但在表面堆焊时，当热输入增大到一定程度时，由于整个板厚温度趋近，因而即使热输入继续增大，角变形不再增大，反而有所下降。
在水电站结构焊接生产中，不同种类的焊接变形往往并不是单独出现的，而是同时出现，互相影响的。只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理的措施来控制焊接变形。
三、水电站钢结构焊接变形的质量控制
（一）焊接工作的事前控制
1、焊接材料的控制
对焊接材料进行外观检查，并审核质保证书，合格的材料才允许使用。检查时注意焊接材料必须和工艺评定所选用的材料一样，用于一、二类焊缝的焊条，重复烘焙次数不宜超过两次，过期和劣质的焊料绝对禁止。坚持不定期对焊接现场的焊条进行抽检，发现不符合要求的焊条立即予以清除。
2、焊接设备的控制
业主与监理人员联合通过进场设备的报审对将用于现场的焊条烘烤设备、保温设备和焊接设备进行检查，确保焊条能在规定的温度内烘烤，领用后有合格的保温设备，同时检查焊接设备性能，电流电压的稳定性。
3、焊接人员的控制
焊工必须持证上岗，必须经过专门技术培训，取得相应资格证书，具有较高、技术攻技术水平关能力强，有丰富的经验。
4、上道工序的控制
它是保证焊接质量的先决条件。所谓的上道工序，是指包括清理对口、工器具准备、焊机、焊接材料准备以及环境因素的改善等等，它将直接影响到下道焊接质量的好坏。如果焊口不打磨、焊接材料不按相关规定烘焙、没有防雨挡风设施等等，要保证焊接的质量，无疑就是无稽之谈。
（二）钢结构焊接中的质量控制
1、预热。预热可降低焊接接头的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢逸出，避免氢致裂纹，提高焊接接头抗裂性，从而避免焊接裂纹。焊接前进行预热，除小区域或定位焊可用火焰预热外，其余部位均采用红外线加热器（板）预热。从焊接开始到热处理开始保证不低于预热温度，温度控制在80－150℃，层间温度不超过206℃。预热范围应至少覆盖从焊缝坡口中心起100mm的范围，测温点设在加热部位的背面。
2、设计上要尽量减小焊缝的数量和尺寸；合理布置焊缝，除了要避免焊缝的密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。
3、合理地选择焊接方法和规范。从影响焊接变形的因素的叙述中可以知道，选用焊接线能量较低的焊接方法和规范参数，可以有效地防止焊接变形，如采用co2焊代替手工电弧焊，采用多层焊的方式降低焊接参数来降低线能量。
4、利用装配和焊接顺序来控制变形
安排焊接顺序時应注意下列原则：首先，要尽量采用对称焊接。对于具有对称焊缝的工作，最好由成对的焊工对称进行焊接，从而使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。其次，对某些焊缝布置不对称的结构，应先焊焊缝相对较少的一侧。 再次，依据不同焊接顺序的特点，以焊接程序控制焊接变形量。常见的焊接顺序有分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法以及分中对称法五种。
5、对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于中和轴的顺序焊接。
6、对于一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对于大型、厚度构件宜用刚性固定法增加结构焊接时刚性；对于大型结构件宜采用分部分组装焊接，分别矫正后再进行总装或连续施工方法。
（三）焊后热处理
焊后热处理能够起到改善焊接部位的材质,缓和残余应力,排出引起焊接区延迟裂纹的有害元素—氢的效果。还可以达到以下目的：材料的温度上升,屈服应力下降；保持高温与材料蠕变后应力弛缓；由于高温金属内应力恢复,可产生再结晶。
1、应力缓和后热处理方法
此法原则上把构件整体放入大型炉内,周围保温,内部则利用电热或热风加热,根据构件蠕变状况,进行整体或局部加热,消除应力。如果整体放不开,可夯商次进行,但分段加热部夯必须在1.5米以上，为防止炉外部门温度骤降，要采取保温措施。出炉温度必须保持300℃左右,冷却速度要按钢板厚度徐徐下降。假设钢板厚25mm，开始在一小时内降200℃左右,以后温降100℃/小时；厚度25~40的钢板,可由50~100℃之内降温。构件炉内加温要均匀,允许温差在50℃范围之内。如果应力缓和后热处理在600℃以上,仍达不到应力缓和时,可延长保温时间以提高缓和效果。一般地说，对于低、中合金钢只要在300℃下保温2~4小时，即可达到去氢目的。
2、局部加热应力缓和后热处理
某水电站大型钢管φ6700mm、φ7500mm不能整体放入炉内,于是局部加热进行焊后热处理,加热宽度在焊缝两侧250~400的范围,也可以是钢板厚度的12倍以上。但加热在钢管焊道宽3倍以上的周围,加热温度,保持时间、冷却速度均与炉内后热处理方法相同，但加热温度必须均匀。局部加热的热源可用乙炔、柴油、煤油等。
结束语
水电站焊接施工过程中由于各种原因易产生焊接应力和焊接变形，从而直接影响安装精度和框架结构安全稳定性。因此在水电站钢结构焊接过程中应制定合理有效控制焊接应力和焊接变形措施，把焊接应力和焊接变形程度降到最低，从而实现水电站整体工程质量，保证工程使用安全。
参考文献
[1]中国船级社.材料与焊接规范[M].北京:人民交通出版社,2009.
[2]刘云龙.焊工(技师高级技师)[M].北京:机械工业出社,2008.
[3]冯金水.焊工[M].北京:煤炭工业出版社,2005.
[4]陈杏醉,施岳良.焊工实用手册[M].浙江:浙江科学技术出版社.2006.
关键词：水电站；钢结构；焊接变形；质量控制
Abstract: hydropower station steel structure the stand or fall of quality and welding construction, however, closely related to the welding deformation is affects the whole hydropower station engineering quality, so must do the quality control of welding deformation. This paper introduces the hydropower station steel structure types of welding deformation and its influencing factors, from before welding, welding control in construction technology, postweld heat treatment three aspects put forward control welding distortion measures, for welding construction to provide the basis for operation, improve the steel welding level, ensure that steel welding quality.
Keywords: hydropower station; Steel structure; Welding distortion; Quality control
中图分类号： TV73 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
焊接变形是焊件在焊接过程中产生的变形，是钢结构制造中所遇到的一个普遍问题。如何控制好焊接变形是钢结构产品制造成功与否的关键之一，也是难点之一。钢结构是水电站建设中一种重要的建筑结构，焊接是钢结构制安项目的必要施工环节。目前，我国水电建设突飞猛进，机组发电容量增大，钢管直径越来越大，钢结构在其建设项目中的比重大副度增加，管线压力越来越高，因此，发生焊接变形的几率增大。要实现焊接变形的控制，提高水电站建设质量，就必须对钢结构焊接变形的影响因素十分了解，并在此基础上，做好钢结构变形的预防工作。
一、焊接变形及其种类
焊接变形是指在焊接应力作用下，如果焊件的约束较小，则焊件会产生相应的尺寸变化或弯曲或翘曲变形。
焊接变形的种类很多，与构件形状和尺寸，焊接方法和顺序，约束情况等很多因素有关。常见焊接变形主要分为：
结构整体焊接变形：①横向收缩变形：②纵向收缩变形：③弯曲变形：④扭曲变形：
结构局部变形：①角变形：②波浪变形
二、影响钢结构焊接变形的因素
（一）材料的热物理性能
不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形也不同，焊接变形也不相同。
（二）结构刚性
焊后焊缝一般都产生纵向和横向收缩，这种收缩受到整个结构的限制而产生“收缩力”。对于刚性大的焊接结构在这种力的作用下产生的变形比较小；而刚性小的焊接结构在这种力的作用下就产生较大的变形。
（三）装配和焊接顺序
结构的整体刚性总是比它的部件的刚性大，抗变形能力也大。有了合理的装配顺序还需要有合理的焊接顺序配合，以控制变形。
（四）焊接工艺方法
不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手动焊热集中，受热区窄，变形较小。CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小。
（五）焊接参数。即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量愈大，焊接变形愈大。焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度增大而减小。在3个参数中，电弧电压的作用明显，因此低电压、高速、大电流密度的自动焊变形较小。
（六）焊缝数量和断面大小
焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。
（七）焊接热输入
一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大，不论对纵向、横向或角变形都有变形增大的影响。但在表面堆焊时，当热输入增大到一定程度时，由于整个板厚温度趋近，因而即使热输入继续增大，角变形不再增大，反而有所下降。
在水电站结构焊接生产中，不同种类的焊接变形往往并不是单独出现的，而是同时出现，互相影响的。只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理的措施来控制焊接变形。
三、水电站钢结构焊接变形的质量控制
（一）焊接工作的事前控制
1、焊接材料的控制
对焊接材料进行外观检查，并审核质保证书，合格的材料才允许使用。检查时注意焊接材料必须和工艺评定所选用的材料一样，用于一、二类焊缝的焊条，重复烘焙次数不宜超过两次，过期和劣质的焊料绝对禁止。坚持不定期对焊接现场的焊条进行抽检，发现不符合要求的焊条立即予以清除。
2、焊接设备的控制
业主与监理人员联合通过进场设备的报审对将用于现场的焊条烘烤设备、保温设备和焊接设备进行检查，确保焊条能在规定的温度内烘烤，领用后有合格的保温设备，同时检查焊接设备性能，电流电压的稳定性。
3、焊接人员的控制
焊工必须持证上岗，必须经过专门技术培训，取得相应资格证书，具有较高、技术攻技术水平关能力强，有丰富的经验。
4、上道工序的控制
它是保证焊接质量的先决条件。所谓的上道工序，是指包括清理对口、工器具准备、焊机、焊接材料准备以及环境因素的改善等等，它将直接影响到下道焊接质量的好坏。如果焊口不打磨、焊接材料不按相关规定烘焙、没有防雨挡风设施等等，要保证焊接的质量，无疑就是无稽之谈。
（二）钢结构焊接中的质量控制
1、预热。预热可降低焊接接头的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢逸出，避免氢致裂纹，提高焊接接头抗裂性，从而避免焊接裂纹。焊接前进行预热，除小区域或定位焊可用火焰预热外，其余部位均采用红外线加热器（板）预热。从焊接开始到热处理开始保证不低于预热温度，温度控制在80－150℃，层间温度不超过206℃。预热范围应至少覆盖从焊缝坡口中心起100mm的范围，测温点设在加热部位的背面。
2、设计上要尽量减小焊缝的数量和尺寸；合理布置焊缝，除了要避免焊缝的密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。
3、合理地选择焊接方法和规范。从影响焊接变形的因素的叙述中可以知道，选用焊接线能量较低的焊接方法和规范参数，可以有效地防止焊接变形，如采用co2焊代替手工电弧焊，采用多层焊的方式降低焊接参数来降低线能量。
4、利用装配和焊接顺序来控制变形
安排焊接顺序時应注意下列原则：首先，要尽量采用对称焊接。对于具有对称焊缝的工作，最好由成对的焊工对称进行焊接，从而使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。其次，对某些焊缝布置不对称的结构，应先焊焊缝相对较少的一侧。 再次，依据不同焊接顺序的特点，以焊接程序控制焊接变形量。常见的焊接顺序有分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法以及分中对称法五种。
5、对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于中和轴的顺序焊接。
6、对于一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对于大型、厚度构件宜用刚性固定法增加结构焊接时刚性；对于大型结构件宜采用分部分组装焊接，分别矫正后再进行总装或连续施工方法。
（三）焊后热处理
焊后热处理能够起到改善焊接部位的材质,缓和残余应力,排出引起焊接区延迟裂纹的有害元素—氢的效果。还可以达到以下目的：材料的温度上升,屈服应力下降；保持高温与材料蠕变后应力弛缓；由于高温金属内应力恢复,可产生再结晶。
1、应力缓和后热处理方法
此法原则上把构件整体放入大型炉内,周围保温,内部则利用电热或热风加热,根据构件蠕变状况,进行整体或局部加热,消除应力。如果整体放不开,可夯商次进行,但分段加热部夯必须在1.5米以上，为防止炉外部门温度骤降，要采取保温措施。出炉温度必须保持300℃左右,冷却速度要按钢板厚度徐徐下降。假设钢板厚25mm，开始在一小时内降200℃左右,以后温降100℃/小时；厚度25~40的钢板,可由50~100℃之内降温。构件炉内加温要均匀,允许温差在50℃范围之内。如果应力缓和后热处理在600℃以上,仍达不到应力缓和时,可延长保温时间以提高缓和效果。一般地说，对于低、中合金钢只要在300℃下保温2~4小时，即可达到去氢目的。
2、局部加热应力缓和后热处理
某水电站大型钢管φ6700mm、φ7500mm不能整体放入炉内,于是局部加热进行焊后热处理,加热宽度在焊缝两侧250~400的范围,也可以是钢板厚度的12倍以上。但加热在钢管焊道宽3倍以上的周围,加热温度,保持时间、冷却速度均与炉内后热处理方法相同，但加热温度必须均匀。局部加热的热源可用乙炔、柴油、煤油等。
结束语
水电站焊接施工过程中由于各种原因易产生焊接应力和焊接变形，从而直接影响安装精度和框架结构安全稳定性。因此在水电站钢结构焊接过程中应制定合理有效控制焊接应力和焊接变形措施，把焊接应力和焊接变形程度降到最低，从而实现水电站整体工程质量，保证工程使用安全。
参考文献
[1]中国船级社.材料与焊接规范[M].北京:人民交通出版社,2009.
[2]刘云龙.焊工(技师高级技师)[M].北京:机械工业出社,2008.
[3]冯金水.焊工[M].北京:煤炭工业出版社,2005.
[4]陈杏醉,施岳良.焊工实用手册[M].浙江:浙江科学技术出版社.2006.