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摘 要：近年来，变压器油箱焊接应力问题得到了业内的广泛关注，研究其减少方法有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了焊接应力和焊接变形产生的原因，并结合相关实践经验，分别从结构设计采取的减少焊接应力的措施，以及制造工艺采取的减少焊接应力的措施等方面，提出了减少变压器油箱焊接应力的方法。
关键词：变压器油箱；焊接应力；减少；方法
一、前言
作为变压器邮箱焊接中的重要考虑因素，焊接应力的减少至关重要。该项课题的研究，将会更好地提升对减少变压器油箱焊接应力方法的掌控力度，从而通过合理化的措施与方法保障变压器油箱焊接理想效果的取得。
二、概述
随着用户对变压器油箱的焊接质量，特别是对主变油箱不渗漏这一质量要求的提高，各厂家对油箱焊接质量及其检验环节的重视程度也相应提高，但却忽视了焊接后焊缝残余应力的消除，这样就造成了经过泵压试漏后的油箱在厂家合格，但到用户那里，又出现渗漏现象。尤其是目前交货期短，这一问题尤为突出。产生这一问题的原因是，焊接中产生的残余应力在短期内无法消除，经过起吊、运输等外力作用易造成焊缝裂纹，因此消除和降低残余应力就显得十分重要。
三、焊接应力和焊接变形产生的原因
焊接过程是一个不均匀加热的过程。在焊接过程中，焊件上的不同位置会有不同的温度，而在焊缝和施焊附近的温度最高，可达1600℃以上，由于受到空气中温度的影响，在施焊附近的区域温度则会直线降低。由于被焊元件温度不均匀，所以在施焊周围会产生的膨胀。温度高的区域膨胀大，但受到其他周围温度较低、膨胀较小的焊件限制，会产生热态塑性压缩。但在焊接完毕，焊接处钢材冷却时，被塑性压缩后的焊缝趋向于紧缩，受到周围钢材的限制而产生拉应力。若焊件为低碳钢或合金钢，这种拉应力通常会达到钢材的极限屈服强度。所谓的焊接应力其实是一种无荷载作用下的内部应力，因此这种应力会在施焊钢材内部自相平衡，所以一定会在距离焊接位置稍远的位置产生应力。
而在这种应力的作用下，若是被焊的钢材约束度比较小（例如焊件处于无约束状态、焊件相对比较薄），就会在被焊位置产生一定程度的焊接变形。焊接变形是焊接元器件在焊接时，由于局部加热及冷却后产生的不可恢复形变（焊接变形包括弯曲变形、纵向收缩、角变形、横向收缩、扭曲变形等等）。焊接施工完毕时，应该对焊件进行检验，任何一处焊接变形超过验收标准时，都应该进行补救、矫正，避免减小焊件在使用过程中的承载能力。倘若施焊的钢材约束度比较大（例如焊接元器件的形状复杂、厚度较大的钢板、或者因为夹具的影响而产生了较大的约束状态时），此时被焊元器件就不能产生较大的自由变形，但在焊缝处的钢材则会发生很大的残余应力。
四、结构设计采取的减少焊接应力的措施
1.避免焊缝密集和交叉
任何部位的加强铁与已有焊缝交叉处，应局部开口，防止出现十字交叉线。油箱壁及油箱盖等大面积钢板拼接时，应避免与其它零件的焊缝密集和交叉，焊缝密集和交叉会使接头处严重过热，力学性能下降，并将增大焊接应力。在布置箱壁焊缝时，要与箱壁上加强铁的焊缝保持大于100mm以上，这样可以降低焊接应力，避免焊缝由于应力集中引起裂纹。经验证明，十字线焊缝交叉点，往往造成焊接不良。
2.尽量减少焊缝数量
（一）减少密封焊缝数量
钟罩式油箱梯形顶由高、低压侧盖与顶盖焊成的，密封焊缝都是双面焊，焊缝长度为四倍油箱长。如果用一块钢板折成梯形顶，可以大大减少焊缝长度。目前设计的平顶油箱，也可减少焊缝长度，焊接工艺性更好。现在，方形油箱壁的焊接通常用四块钢板拼接成，焊缝在四个角。如果用两个槽形钢板拼接，焊缝在两个端面，可以减少两道焊缝。另外，在槽形下节油箱设计时，可以用一块钢板折成槽形，两端焊端板，再与箱沿焊成下节油箱，这样可以减少焊缝长度。
（二）减少加强铁焊缝数量
220kV等级变压器中（低）压侧电压等级为66kV。减少加强铁焊缝数量，可以减少横板与箱壁焊接的两道焊缝，以及加强铁与横板焊接的所有焊缝，油箱的制造简单方便。这种结构需要把法兰完全放到侧盖上焊接，需要保证此处结构合理可行。66kV等级变压器油箱壁的加强铁，通常是箱壁焊好之后，在箱壁上焊槽形加强铁，这种结构的油箱焊完之后，由于焊接应力的存在，槽形加强铁与箱沿和顶盖焊接处，有时出现焊缝裂纹。如果采用波纹油箱壁（箱壁与加强铁一次成型），可以减少加强铁与箱壁的焊接工作量，箱壁波纹处与箱沿和顶盖焊接处强度更好，焊接应力也减小。以上结构的改进减少了焊接应力，制造工艺性更好，油箱外型更美观。
五、制造工艺采取的减少焊接应力的措施
1.合理的焊接顺序
合理的焊接顺序是控制焊接變形的有效措施。实践证明对称焊缝对称施焊、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧及由中间向外焊接可以在很大程度上抵消或减小整个构件的焊接变形。
焊接顺序还应尽量使焊缝的纵向和横向收缩都比较自由。在平板拼接时，Ⅰ板与Ⅱ板焊完之后，再与Ⅲ板焊接。最初的设计没有项4加强铁，焊完之后，高压盒底焊缝对应范围内变形较大，为防止变形加焊项4加强铁，但焊后出现过项4加强铁两端开裂现象。出现这种现象主要原因是：焊接顺序不合理，焊后产生的焊接应力和变形较大。合理的焊接顺序是，油箱壁1与箱沿5在高压盒底3对应的焊接范围内不焊；首先焊高压合壁2与高压盒底3；其次焊油箱壁1与高压盒底3，冷却之后；再焊加强铁4；最后焊箱壁1与箱沿5。油箱壁1与箱沿5在高压盒底3对应的焊接范围内不焊，在焊油箱壁1与高压盒底3时，箱壁1可以自由收缩，减小此处焊接应力和变形。
2.选择合理的焊接方法
选择不同的焊接方法将产生不同的温度场，所形成的热变形也不同，如果只一味地追求生产率，采用埋弧焊焊接后会产生很大的焊接变形，矫正困难；焊条电弧焊与气体保护焊相比，气体保护焊具有电弧热集中，焊接变形小的特点。其次结合应用CO2气体保护焊多年的生产经验及工件的结构特点，选用CO2气体保护焊最为合适，是控制焊接变形重要的硬件保证。
3.焊前预热
油箱焊接中产生的主要应力是热应力，热应力是由于构件部分厚薄不同，冷却速度不同，塑性不均匀而产生的应力。焊前将焊件预热到150℃～200℃左右，然后进行焊接，这样可减少焊件各部分温差，使各部分膨胀和收缩都比较均匀，对减少焊接应力极为有效。
4.加热减应区
焊前对焊件适当部位进行局部加热，使其伸长，从而带动焊接部位，使其产生与焊缝收缩方向相反的变形。焊后冷却时，加热区和焊缝一起收缩，从而减少焊接应力。上述焊件被加热的区域称为减应区。
5.焊接工艺系数
焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度加快而减小，其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产生的变形小，应力小。
6.锤击焊缝
每焊一道焊缝后，用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的锤击，可以减少应力和变形。
六、结束语
综上所述，加强对减少变压器油箱焊接应力方法的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的变压器油箱焊接过程中，应该加强对其焊接应力减少的重视程度，并注重其具体实施中的可行性。
参考文献：
[1] 俞金芳.浅析降低压力容器焊接应力的方法[J].机电信息.2014（18）：225-227.
[2] 艾景辉.压力容器消除焊接应力技术评述[J].应用能源技术.2014（07）：37-39.
[3] 王刚.振动时效消除压力容器的焊接应力[J].青海大学学报（自然科学版）.2015（02）：40-41.
关键词：变压器油箱；焊接应力；减少；方法
一、前言
作为变压器邮箱焊接中的重要考虑因素，焊接应力的减少至关重要。该项课题的研究，将会更好地提升对减少变压器油箱焊接应力方法的掌控力度，从而通过合理化的措施与方法保障变压器油箱焊接理想效果的取得。
二、概述
随着用户对变压器油箱的焊接质量，特别是对主变油箱不渗漏这一质量要求的提高，各厂家对油箱焊接质量及其检验环节的重视程度也相应提高，但却忽视了焊接后焊缝残余应力的消除，这样就造成了经过泵压试漏后的油箱在厂家合格，但到用户那里，又出现渗漏现象。尤其是目前交货期短，这一问题尤为突出。产生这一问题的原因是，焊接中产生的残余应力在短期内无法消除，经过起吊、运输等外力作用易造成焊缝裂纹，因此消除和降低残余应力就显得十分重要。
三、焊接应力和焊接变形产生的原因
焊接过程是一个不均匀加热的过程。在焊接过程中，焊件上的不同位置会有不同的温度，而在焊缝和施焊附近的温度最高，可达1600℃以上，由于受到空气中温度的影响，在施焊附近的区域温度则会直线降低。由于被焊元件温度不均匀，所以在施焊周围会产生的膨胀。温度高的区域膨胀大，但受到其他周围温度较低、膨胀较小的焊件限制，会产生热态塑性压缩。但在焊接完毕，焊接处钢材冷却时，被塑性压缩后的焊缝趋向于紧缩，受到周围钢材的限制而产生拉应力。若焊件为低碳钢或合金钢，这种拉应力通常会达到钢材的极限屈服强度。所谓的焊接应力其实是一种无荷载作用下的内部应力，因此这种应力会在施焊钢材内部自相平衡，所以一定会在距离焊接位置稍远的位置产生应力。
而在这种应力的作用下，若是被焊的钢材约束度比较小（例如焊件处于无约束状态、焊件相对比较薄），就会在被焊位置产生一定程度的焊接变形。焊接变形是焊接元器件在焊接时，由于局部加热及冷却后产生的不可恢复形变（焊接变形包括弯曲变形、纵向收缩、角变形、横向收缩、扭曲变形等等）。焊接施工完毕时，应该对焊件进行检验，任何一处焊接变形超过验收标准时，都应该进行补救、矫正，避免减小焊件在使用过程中的承载能力。倘若施焊的钢材约束度比较大（例如焊接元器件的形状复杂、厚度较大的钢板、或者因为夹具的影响而产生了较大的约束状态时），此时被焊元器件就不能产生较大的自由变形，但在焊缝处的钢材则会发生很大的残余应力。
四、结构设计采取的减少焊接应力的措施
1.避免焊缝密集和交叉
任何部位的加强铁与已有焊缝交叉处，应局部开口，防止出现十字交叉线。油箱壁及油箱盖等大面积钢板拼接时，应避免与其它零件的焊缝密集和交叉，焊缝密集和交叉会使接头处严重过热，力学性能下降，并将增大焊接应力。在布置箱壁焊缝时，要与箱壁上加强铁的焊缝保持大于100mm以上，这样可以降低焊接应力，避免焊缝由于应力集中引起裂纹。经验证明，十字线焊缝交叉点，往往造成焊接不良。
2.尽量减少焊缝数量
（一）减少密封焊缝数量
钟罩式油箱梯形顶由高、低压侧盖与顶盖焊成的，密封焊缝都是双面焊，焊缝长度为四倍油箱长。如果用一块钢板折成梯形顶，可以大大减少焊缝长度。目前设计的平顶油箱，也可减少焊缝长度，焊接工艺性更好。现在，方形油箱壁的焊接通常用四块钢板拼接成，焊缝在四个角。如果用两个槽形钢板拼接，焊缝在两个端面，可以减少两道焊缝。另外，在槽形下节油箱设计时，可以用一块钢板折成槽形，两端焊端板，再与箱沿焊成下节油箱，这样可以减少焊缝长度。
（二）减少加强铁焊缝数量
220kV等级变压器中（低）压侧电压等级为66kV。减少加强铁焊缝数量，可以减少横板与箱壁焊接的两道焊缝，以及加强铁与横板焊接的所有焊缝，油箱的制造简单方便。这种结构需要把法兰完全放到侧盖上焊接，需要保证此处结构合理可行。66kV等级变压器油箱壁的加强铁，通常是箱壁焊好之后，在箱壁上焊槽形加强铁，这种结构的油箱焊完之后，由于焊接应力的存在，槽形加强铁与箱沿和顶盖焊接处，有时出现焊缝裂纹。如果采用波纹油箱壁（箱壁与加强铁一次成型），可以减少加强铁与箱壁的焊接工作量，箱壁波纹处与箱沿和顶盖焊接处强度更好，焊接应力也减小。以上结构的改进减少了焊接应力，制造工艺性更好，油箱外型更美观。
五、制造工艺采取的减少焊接应力的措施
1.合理的焊接顺序
合理的焊接顺序是控制焊接變形的有效措施。实践证明对称焊缝对称施焊、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧及由中间向外焊接可以在很大程度上抵消或减小整个构件的焊接变形。
焊接顺序还应尽量使焊缝的纵向和横向收缩都比较自由。在平板拼接时，Ⅰ板与Ⅱ板焊完之后，再与Ⅲ板焊接。最初的设计没有项4加强铁，焊完之后，高压盒底焊缝对应范围内变形较大，为防止变形加焊项4加强铁，但焊后出现过项4加强铁两端开裂现象。出现这种现象主要原因是：焊接顺序不合理，焊后产生的焊接应力和变形较大。合理的焊接顺序是，油箱壁1与箱沿5在高压盒底3对应的焊接范围内不焊；首先焊高压合壁2与高压盒底3；其次焊油箱壁1与高压盒底3，冷却之后；再焊加强铁4；最后焊箱壁1与箱沿5。油箱壁1与箱沿5在高压盒底3对应的焊接范围内不焊，在焊油箱壁1与高压盒底3时，箱壁1可以自由收缩，减小此处焊接应力和变形。
2.选择合理的焊接方法
选择不同的焊接方法将产生不同的温度场，所形成的热变形也不同，如果只一味地追求生产率，采用埋弧焊焊接后会产生很大的焊接变形，矫正困难；焊条电弧焊与气体保护焊相比，气体保护焊具有电弧热集中，焊接变形小的特点。其次结合应用CO2气体保护焊多年的生产经验及工件的结构特点，选用CO2气体保护焊最为合适，是控制焊接变形重要的硬件保证。
3.焊前预热
油箱焊接中产生的主要应力是热应力，热应力是由于构件部分厚薄不同，冷却速度不同，塑性不均匀而产生的应力。焊前将焊件预热到150℃～200℃左右，然后进行焊接，这样可减少焊件各部分温差，使各部分膨胀和收缩都比较均匀，对减少焊接应力极为有效。
4.加热减应区
焊前对焊件适当部位进行局部加热，使其伸长，从而带动焊接部位，使其产生与焊缝收缩方向相反的变形。焊后冷却时，加热区和焊缝一起收缩，从而减少焊接应力。上述焊件被加热的区域称为减应区。
5.焊接工艺系数
焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度加快而减小，其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产生的变形小，应力小。
6.锤击焊缝
每焊一道焊缝后，用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的锤击，可以减少应力和变形。
六、结束语
综上所述，加强对减少变压器油箱焊接应力方法的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的变压器油箱焊接过程中，应该加强对其焊接应力减少的重视程度，并注重其具体实施中的可行性。
参考文献：
[1] 俞金芳.浅析降低压力容器焊接应力的方法[J].机电信息.2014（18）：225-227.
[2] 艾景辉.压力容器消除焊接应力技术评述[J].应用能源技术.2014（07）：37-39.
[3] 王刚.振动时效消除压力容器的焊接应力[J].青海大学学报（自然科学版）.2015（02）：40-41.