高效焊接方法范文1
[关键词]压力 容器 焊接 技术
锅炉、压力容器和管道均为全焊结构，焊接工作量相当大，质量要求十分高。焊接工作者总是在不断探索优质、高效、经济的焊接方法，并取得了引人注目的进步。以下重点介绍在国内外锅炉、压力容器与管道制造业中已得到成功应用的先进高效焊接方法。
1 双面脉冲MAG自动焊接生产线
为提高锅炉热效率，节省材料费用，大型电站锅炉式水冷壁管屏均采用光管+扁钢组焊而成。这种部件的外形尺寸与锅炉的容量成正比。一台600MW电站锅炉膜式水冷壁管屏的拼接缝总长已超过万米。因此必须采用高效的焊接方法。在上世纪90年代以前，国内外锅炉炉制造广大多数采用多头(6-8头)埋弧自动焊。在多年的实际生产中发现，这种埋弧焊方法存在一致命的缺点，即埋弧焊只能从单面焊接，管屏焊后不可避免会产生严重的挠曲变形。管屏长度愈长，变形愈大，必须经费工的校正工序。不仅提高了生产成本，而且延长了成产周期。因此必须寻求一种更合理的焊接方法。
上世纪80年代后期，日本三菱重工率先开发膜式水冷壁管屏双面脉冲MAG自动焊新焊接方法及焊接设备，并成功地应用于焊接生产，这种焊接方法在日本俗称MPM法，其特点是多个MAG焊焊头从管屏的正反两面同时进行焊接。焊接过程中，正反两面焊缝的焊接变形相互抵消。管屏焊接后基本上无挠曲变形。这是一项重大的技术突破。经济效益显著。数年后哈尔滨锅炉厂最先从日本三菱公司引进了这项先进技术和装备，并在锅炉膜式壁管屏拼焊生产中得到成功的应用。之后，逐步在我国各大锅炉制造厂推广应用，至今已有十多条MPM焊接生产线正常投运。管屏MPM焊接的主要技术关键是必须保证正反两面的焊缝质量，包括焊缝熔深，成形和外形尺寸基本相同。这就要求在仰焊位置的焊接采用特殊的焊接工艺，脉冲电弧MAG焊(富氩混合气体)。焊接电源和送丝系统应在管屏全长的焊接过程中产生稳定的脉冲喷射过渡。因此必须配用高性能和高质量的脉冲焊接电源和恒速送丝机。这些焊接设备的性能和质量愈高，管屏反面焊缝的质量愈稳定，合格率愈高。实际上，哈锅厂从日本三菱重工引进的原装机只配用了晶闸管控制的第二代脉冲MIG／MAG焊电源，送丝机也只是传统的等速送丝机，管屏反面焊缝的合格率达不到100％，总有一定的返修量，为进一步改进膜式壁管屏MPM焊机的性能，最近国产的管屏MPM焊机配用了第三代微要控制逆变脉冲焊接电源和测速反馈的恒速送丝机，明显提高了反面焊缝的合格率。
2 对接高效焊接法
锅炉受热面过热器和再热器部件管件接头的数量和壁厚，随着锅炉容量的提高而成倍增加，600MW电站锅炉热器的最大壁厚已达13mm，接头总数超过数千个。传统的填充冷丝7IG焊的效率以远远不能满足实际生产进展的要求，必须采用效率较高的且保接头质量的溶焊方法。为此，哈锅和上锅相继从日本引进了厚壁管细丝脉冲MIG自动焊管机，其效率比传统的7IG焊提高3--5倍。后因经常出现根部未焊透和弧坑下垂等缺陷而改用TIG焊封底MIG焊填充和盖面工艺，改进的焊接工艺虽然基本上解决了根部未焊透的问题，但降低了焊接效率，增加了设备的投资，同时也使操作程序复杂化。最近，上锅。哈锅又从国外引进了热丝丁IG自动焊管机。"热丝rig焊的原理是将填充丝在送人焊接熔池之前由独立的恒压交流电源供电。电阻加热至650~800"C高温，这就大大加速了焊丝的熔化速度，其熔敷率接近于相同直径的M7G焊熔敷率。另外，TIG方法良好的封底特性确保了封底焊道的熔质量，因此，热丝／IG焊不失为小直径壁厚管对接焊优先选择的一种焊接方法。然而不应当由此全面否定脉冲MIG焊在小直径壁厚管对接中应用的可行性。曾通过大量的试验查明，在厚壁管MIG焊对接接头中，根部末焊透90％以上位于超弧段，而弧坑下垂起因于连续多层焊时熔池金属热量积聚导致过热。如将焊接电源电弧的功率作精确的控制，则完全可以消除上述缺陷的形成。由于引进的M]G焊自动焊管机原配的焊接电源为晶闸管脉冲电源，无法实现电弧功率的程序控制如改用当代最先进的全数字控制逆变脉冲焊接电源或波形控制脉冲焊接电源(计算机软件控制小)，则可容易地按焊接工艺要求，对焊接电弧的功率作精确的控制，确保接头的焊接质量， 我们建议对现有的管子对接自动焊MIG焊机组织二次开发，将原有的晶闸管焊接电源更换成全数字控制逆变脉冲焊接电源，并采用PLC和人机界面改造控制系统，充分发挥MIG焊的高效优势。
3 厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊
厚壁容器对接缝的窄间隙埋弧焊是一种优质、高效、低耗的焊接方法。自1985年哈锅从瑞典ESAB公司引进第一台窄间隙埋弧焊系统以来，窄间隙埋弧焊已在我国各大锅炉、化工机械和重型机械等制造厂推广使用，近20年的实际生产经验表明，窄间隙埋弧焊确实是厚壁容器对接焊的最佳选择。
为进一步提高窄间隙埋弧焊的效率，国内外推出串列电弧双丝窄隙埋弧焊工艺与设备，但至今未得到普遍推广应用。这不仅是因为增加了操作的难度，更主要的是交流电弧的焊道成曙坎佳，不利于睨渣，容易引起焊缝夹渣。
最近，美国林肯(Lincoln)公司向中国市场推出交流波形参数(脉冲宽度、正半波电流值、脉冲频率，脉冲波形斜率)可任意控制的AC／DCl000型埋弧焊电源。采用这种新一代的计算机控制埋弧焊电源，可使串列电弧双丝埋弧焊的工艺参数达到最佳的组合。不但可以获得窄间隙埋弧焊所要求的焊道形成，而且还可进一步提高交流电弧焊丝的熔敷率。可以预期，波形控制AC／DC埋弧焊电源的问世必将对串列电弧双丝窄间隙埋弧焊的推广应用作出积级的贡献。
4 大直径厚壁管生产中的高效焊接法
高效焊接方法范文2
焊接过程一般采用闭环反馈控制方法，因为过程多输入多输出，各种参数耦合性强，而且非线性特征明显，很难建立精确的数学模型。早期的过程控制多采用控制领域经典的PID控制算法，随着硬件电路的改进和处理器运算速度的提高，模糊控制技术、神经网络控制、遗传算法、滑模变结构和群智能算法等各种先进的控制方法也开始应用在焊接电源的数字化智能控制中，取得不错的控制效果。
1．1模糊控制模糊控制（FuzzyControl，FC）作为一种比较成熟的非线性智能控制方法，被最早引入到焊接过程的控制中，FC的实质是吸取了人类思维判断事物时所表现出来的模糊性特点，利用模糊语言变量、模糊集合和模糊逻辑推理为基础，使用模糊集合中的隶属函数、模糊关系、模糊推理和决策等工具推导出控制动作应用于被控对象［3］。图2所示为一种典型的模糊控制器工作模型，它将清晰量偏差e先进行模糊化处理变为模糊量E，经过模糊推理形成后得到一个模糊量U，最后进行清晰化处理形成确定的控制量ui作用于控制对象。从事焊接控制研究的专家和学者认为模糊控制的特点适合于焊接过程的控制，在焊接领域有广阔的应用前景，已经在焊接质量检测、焊缝跟踪和焊接设备等多方面使用。高延峰等人设计了一种具有预测功能的模糊控制器，主要是为了解决焊接机器人在弯曲转角处焊缝跟踪困难的问题，其设计思想是通过焊枪偏差和倾角信息来确定焊枪移动走向和焊缝方向之间的夹角，利用线性化模型预测焊枪移动至下一点的位置，采用加权最小二乘方法预测焊缝下一点位置，同时根据模糊控制理论实现焊接小车转弯时车轮和横向滑块之间的协调控制，在轮式移动焊接机器人弯曲角进行跟踪焊接的试验中取得较好的跟踪精度和焊接效果［4］。在熔化极气体保护焊中，为了控制焊接热输入和熔滴过渡的形式，得到更好的焊接效果，Aghakhani，Masood等人针对ST37不锈钢材料利用模糊逻辑建立了一个5因素的预测模型，该预测模型能够确定送丝速度、电弧电压、焊丝伸出长、焊接速度和气体流量之间的关系［5］。Malekjamshidi，Zahra等人设计了一种新型的基于模糊逻辑控制的恒流焊接电源，该智能化弧焊电源具有热启动、防卡死和空闲待机等节能功能，同时保证焊接过程中的恒定直流输出波动较小，焊接质量高，在移动焊接领域有广泛的应用空间［6］。华南理工大学的王瑞超和薛家祥利用自适应模糊逻辑控制设计了一款数字脉冲MIG焊接电源，该焊接电源采用双闭环控制，能够灵活、精确控制实时能量输入，通过试验表明，所设计的控制策略能够有效地适应电弧长度的变化，实现理想的一脉一滴熔滴过渡，焊接过程稳定，电弧声柔和，无飞溅产生，焊缝良好［7］。模糊控制是目前在弧焊电源中应用领域最为广泛的智能控制方法，从焊接质量检测、焊缝成形预测、焊接过程控制和焊接效果评价等都有成功的案例。尽管从理论上已经证明模糊控制能够以任意精度逼近任何非线性函数，是一种性能优良的非线性控制方法，但受到当前技术水平的限制，确定模糊逻辑中的隶属函数还主要依靠人为因素和经验，没有形成统一的理论指导，模糊变量的分类和模糊规则数不能太多，导致模糊控制的精度还需要进一步提高。
1．2神经网络神经网络也称为人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork，ANN），是一种模仿生物神经网络的结构和功能的数学模型，它具有分布式存储信息、并行协同处理和自主学习的特点，常用来对输入和输出间复杂的关系进行建模，探索数据的模式。神经网络目前在焊接过程建模控制、焊接质量和接头性能预测、焊接熔池图像处理以及焊缝跟踪等方面都有一定的应用。图3所示为一种多层结构神经网络。输入层有众多神经元，接收大量非线性输入信息，输入的信息被称为输入向量。输出层输出的信息称为输出向量，是信息在神经元节点中传输、分析、权衡后形成的结果。隐藏层又称为“隐层”，位于输入层和输出层之间，是由众多神经元节点和链接所组成的层面。隐藏层可以有1层，也可以用多层。隐藏层的神经元节点数目不定，一般来说，数目越多神经网络越复杂，非线性特征就越显著，神经网络的健壮性就会越强。IrvingB在文献［8］中介绍了神经网络技术应用于电弧焊、激光焊、电阻焊、电子束焊和搅拌摩擦焊等各种焊接方式的工艺优化情况，并且认为利用神经网络模型能够有效节省成本，降低焊接操作人员的工作量，增强工作效率。Pal，Sukhomay等人设计了一种多层神经网络模型来预测脉冲熔化极惰性气体保护焊焊件的极限拉伸应力，该模型通过输入脉冲电压、反馈电压、脉冲宽度、脉冲频率、送丝速度、焊接速度6个测量参数和平均焊接电流和电压的均方根值来得到极限拉伸应力输出值，通过对比发现该模型预测值比多元回归模型得到的值更准确［9］。刘立君等人采用电弧声对焊接过程熔透性进行监测与诊断，发现电弧声特征参数是诊断成败的关键，通过采用神经网络的特征评价和特征选择方法，利用神经网络的训练结果对特征参数进行评价能有效对特征参数降维，通过试验验证了该方法的可行性和有效性［10］。针对熔化极气体保护焊在工业生产中的广泛应用，闫志鸿等人以低碳钢为焊接对象，研究其焊缝成形过程的建模与仿真方法，文献［11］利用BP神经网络建立了该过程的动态模型，揭示了脉冲熔化极气体保护焊过程的焊缝成形规律，提出了一种利用神经网络模型考察熔池正面特征参量与反面宽度之间关系的方法，验证了熔池特征参量的有效性与可靠性。从国内外最新的相关文献来看，报道的神经网络技术在焊接过程中的应用多数是焊接过程建模及控制。通过研究发现，以采集效果较好的焊接试验数据作训练样本对神经网络进行训练，建立一个焊接工艺参数能自动优化、在线调节的神经网络，可以指导焊接过程，获得外形美观、高强度、高质量的焊缝。但是，神经网络的软硬件技术还不成熟，实时性较差，网络模型中的隐含层数目难以精确确定，同时，采用的算法还欠缺稳定性，收敛性也比较慢。
1．3遗传算法遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）是一种参照生物界的适者生存、优胜劣汰遗传进化规律演化而来的搜索算法［12］。其主要特点是不存在求导和函数连续性的限定，直接对对象进行操作。算法最初是参考进化生物学中的遗传、自然选择、杂交以及突变等现象，这些现象具有良好的全局寻优能力和内在的并行性，在寻优方法上采用概率化思想，事先不确定的规则，利用算法自动获取和优化搜索空间，自适应地调整搜索方向。遗传算法的自寻优性质被人们广泛地应用于机器学习、自适应控制、信号处理、组合优化和人工智能等领域。KimD和RheeS希望找到一种在没有确定的数学模型的情况下，通过优化焊接工艺参数来确定熔化极气体保护焊的焊缝几何形状的方法。在文献提到的遗传算法寻优中，4个输入参数分别是焊缝根部间隙、送丝速度、电弧电压和焊接速度，输出参数是焊缝高度和熔深，当输入参数的数量为4，16，16和16时，总的搜索目标点可以达到16384个，是一种通过较少的试验结果数据获得最优工艺参数的方法［13］。为了焊接带有防锈层的奥氏体不锈钢，YoganandhJ等人利用多元回归方法设计了一个GMAW焊接数学模型，使用遗传算法对参数进行了优化，试验取得良好的焊接效果［14］。SathiyaP等人用直径1．2mm焊丝焊接奥氏体不锈钢薄板也采用遗传算法进行工艺参数优化。通过试验采集气体流量、电弧电压，焊接速度、送丝速度、焊缝高度、宽度和熔深等数据建立一个回归分析数学模型，遗传算法优化的工艺参数能在尽量减少焊缝高度和宽度的前提下获得较深的熔深效果［15］。遗传算法在焊接中的应用主要表现在焊接工艺参数最优值的搜索功能方面，利用少量的试验数据，通过不断地进行全局寻优，能准确、高效地确定适用于最佳焊接效果的工艺参数。
1．4群智能算法为了使焊接过程能被更好的控制，取得高质量的焊接效果，人们除了使用模糊控制、人工神经网络控制和遗传算法外，还把模拟退火算法（Simulat-edAnnealingMethods，SA）、蚁群算法（AntColonyOptimization，ACO）和粒子群算法（ParticleSwarmOptimization，PSO）等智能优化算法应用于弧焊电源的控制中。模拟退火算法是基于Monte-Carlo迭代求解策略的一种随机寻优算法，工作原理是考虑了固体物质的退火过程和一般组合优化问题之间的相似性。算法执行过程是从某一较高初始温度出发，随着温度数值的不断下降，结合概率突跳特性在解空间中随机寻找目标函数的全局最优解。KatherasanD等人研究药芯焊丝电弧焊工艺时，为了得到满足要求的焊缝宽度、熔深和接头强度，用模拟退火算法和遗传算法联合进行送丝速度、电弧电压、焊接速度和焊枪倾角的参数优化，焊接后的效果良好，能大大提高生产效率［16］。焊接接头的质量受焊接熔深的影响很大，因此，准确预测和获得最大化的熔深是非常必要的。文献［17］提到一种不锈钢钨极氩弧焊的熔深预测与优化模型，该模型是3层前馈性神经网络，4个输入参数是焊接电流、焊接速度、保护气体流量和焊枪倾角，输出参数是焊缝熔深，模型经过模拟退火算法优化训练后能精确预测熔深。群智能算法是计算机工作者受蚂蚁群、鱼群、蜂群、鸟群等具有社会性特点的动物群体行为启发，通过对社会性动物生活的模拟产生的一系列对于传统优化问题的解决方法，焊接领域中研究较多的是蚁群算法和粒子群算法。文献［18］把蚁群算法应用于自适应焊接机器人中，通过焊接机器人双目立体视觉系统和小型线性激光发射器检测焊缝位置和方向，蚁群算法能根据焊接机器人手臂移动角度增量给出优化后的焊接工艺参数指导焊接轨迹。曲线焊缝和马鞍形焊缝的试验结果显示，基于蚁群优化算法的自适应焊接机器人比传统的PID控制和模糊控制焊接精度要高。粒子群算法优化用于神经网络训练参数的优化已取得了不错效果，Malviya等人在熔化极惰性气体保护焊中就采用了粒子群优化神经网络结构［19］。KatherasanD在药芯焊丝电弧焊中建立了送丝速度、电弧电压、焊接速度和焊枪倾角为输入参数，焊缝宽度、强度和熔深为输出参数的神经网络模型，焊接试验数据采用粒子群算法进行优化，实现了在较窄的焊缝上得到最大的熔深［20］。
2弧焊电源发展与展望
高效焊接方法范文3
关键词自动化焊接技术；水电设备结构件；应用
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0099-01
水轮发电机组中的焊接结构件多为大型构件，对焊缝质量要求高，且焊接熔敷量大。在过去由于采用CO2半自动气体保护焊来焊接水电设备结构件，焊工技术水平的高低直接决定了焊接的质量。而自动化焊接技术则不然，它具有较好的稳定性，能够通过自动化机械装置和自动化控制装置来代替人工焊接作业。采用自动化焊接技术可以大大降低劳动强度、改善劳动条件，还可以有效地节约人工成本及焊丝成本，提高生产效率。本文就自动化焊接技术在水电设备结构件中的应用进行探讨。
1热丝TIG自动焊在模型试验机管路中的应用
热丝TIG焊是指将母材用非熔化的钨电极来进行熔化，同时填充材料采用焊丝，这种方法能够较好地降低母材的稀释率，调节焊接熔池的热输入量，且无弧光、无飞溅、电弧稳定性高，尤其适用于对于焊缝外观要求高的焊缝和精加工坡口。某厂所生产出来的模型试验机中，需要焊接某些管路，这些管路的坡口为精加工坡口，母材为奥氏体不锈钢，完全符合自动化焊接技术的适用范围。所以，利用倾斜钨极的摆动功能，引入热丝TIG自动焊接技术及设计工装来充分熔合窄坡口两壁的母材，用多层多道的熔敷方式来进行相应的焊接，结果证明，焊缝质量为优质。
2底环、顶盖、转轮体上自动化带极堆焊技术的应用
众所周知，转轮体是一种标准的回转件，其实体外形的一致性较佳。应该将工件通过滚轮架或者变位机来将其放置到适当的位置进行带极堆焊。自动化焊接可通过转动转轮体来实现，枪头在自动化带极堆焊过程中可以出于不动的位置。为了大幅度提高焊接质量和焊接速度，可以基于底环、顶盖、转轮体等水电设备结构件的斜面状况和实际尺寸，将普通焊丝用不同带宽的焊带（带宽通常为30～60 mm）来进行代替堆焊。此外，对于底环、顶盖等平面，也可采用自动化带极堆焊技术来进行不锈钢堆焊，起到耐磨、防腐蚀的效果。另外，焊缝表面通常会出现较为明显的凹凸不平现象，会影响到焊接外观，所以，需要在表层进行修饰焊。修饰焊的外观应该满足以下一些要求：①焊缝表面要超过母材表面，及时打磨焊缝表面超标部分，让母材与焊缝表面保持较为圆滑的过渡状态，不能伤害母材，这样也就不会在日后出现锈蚀点；焊缝表面在每侧的宽度应该达到0.5～2.0 mm；③没有出现焊点、夹渣、裂纹、气孔、飞溅、熔合等明显缺陷，外观应该保持均匀一致。
3焊接机器人的应用
焊接机器人主要适用于焊接巨型水电机组，巨型水电机组的水轮机转轮通常都具有450 t，焊接是整个转轮制造最关键的工序，工作量很大，每完成一整的转轮焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自动化焊接技术的应用能够保证焊接质量，也能够大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接机器人都会配备双丝埋弧焊、直流埋弧焊两个焊接电源，焊接方法采用埋弧焊接法，每个焊接机头所具有的自由度都为六个，能够实现过渡角焊缝的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水电机组的水轮机转轮由于结构限制和焊接方法制约，很难实现全部自动化焊接，即便采用了大型焊接变位机，60%的焊接量还是都需要通过手工半自动焊接方法来完成，只有40%的焊接量能够通过焊接机器人来完成。
4窄间隙埋弧焊的应用
窄间隙埋弧焊是一种较为成熟、且效率较高的焊接技术，被广泛地应用在制造业的多领域。在水电设备结构件焊接过程中，我们主要将窄间隙埋弧焊用于水轮发电机大轴、水轮机、轴锻件、大厚板拼焊的焊接过程中，经济效益显著，工作效率较高。众所周知，水利发电机组中最重要的部件之一为水轮发电机大轴和水轮机大轴。我国长期以来都是依靠进口采购整体锻件来加工成成品，成本较大、供货困难。为了对这个问题进行解决，最为明智的选择就是自己焊接成整体，只采用轴锻件分段锻制、供货。哈尔滨电机厂有限责任公司采用这种方法已经完成了多个大型水电站机组的水轮发电机大轴、水轮机大轴的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可达450 mm。目前国内制造企业还开发出了分段焊接水轮机大轴、钢板分段卷制的工艺技术，用窄间隙埋弧焊接方法来完成环形焊缝和纵向焊缝的焊接工作，从而大幅度提升焊接制造水平，这使得产品的制造周期大幅度缩短，也能够降低国内企业对于大型铸锻件的依赖程度。
5半自动气体保护焊的应用
由于水电设备结构件结构较为复杂，工序较为复杂，因此，通用的自动化焊接方法应用范围极其有限，焊接辅助时间也较长。半自动气体保护焊接方法也就成为了水电设备结构件的主要焊接方法之一，其主要特点就在于其焊接效率高、工作较为灵活，已经成为了目前发展较快的焊接技术。
6自动埋弧焊小车的应用
自动埋弧焊小车具有下述优点：采用双驱动送丝，寿命长、动态响应快、惯量低、扭矩大，结构紧凑，所有部件均可方便灵活地拆装，满足客户各种实际需要。结构灵活、调整方便，适应多种位置焊接，欢迎埋弧焊机主机厂定制，四轮驱动，手动离合，运行平稳，可靠性好；可焊接碳钢、不锈钢、铜及合金等金属材料；合金钢送丝轮，使用寿命长，生产效率高；三拖板六自由度及组合式丝盘架，可实现多种焊接方式。
7结束语
总之，自动化焊接技术在水电设备结构件制作中具有极为重要的作用，应用较为广泛，能够获得良好的焊缝质量，还可以提高劳动效率，产生较大的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]周利平，韩永刚.我国焊接自动化技术现状及发展趋势[J].科技信息，2011（19）：120-124.
[2]龚玉蛟.焊接新技术在锅炉压力容器制造中的应用[J].科技风，2011（02）：102-124.
高效焊接方法范文4
关键词：钢材；焊接；产生机理；方法
中图分类号：C35文献标识码： A
焊接属于特殊专业，必须持有特种专业的操作证书才能上岗，对技术要求也较为严格。在焊接过程中如果操作不当，或是由于其他原因经常引起焊缝的产生，一般这些焊缝在受到温度的影响的时候会产生收缩，最终导致结构变形。当变形量在允许值内时则可以不予处理，一旦变形量超出正确的范围，则需要对产生的焊接变形进行矫正，部分焊接变形的材料在矫正后则会因无法使用而废弃，即使能再正常使用的也导致了作业时间增加，所以无论哪种情况都会导致成本上的浪费，因此对于预防和控制焊接变形的发生，有效的减少或是避免焊接变形的发生机率，从而有效的提高作业效率，降低生产成本。
1 焊接变形产生机理
焊接变形产生的原因是多方面的，多数情况下在焊接过程中，各个部件在焊接过程中加热和冷却都呈现着不均匀性，这样就会导致金属在受热时产生热胀效应，而在冷却时即发生收缩，而且热胀冷缩还不均匀，这样相互连接的各部件之间而会产生相互制约的应力，当应力不均匀时则会导致变形的发生。焊接应力是导致焊接变形的主要因素，所以需要对焊接应力进行有效的掌握，从而控制好焊接变形。焊接变形通常情况下就是由于金属在焊接过程中由于加热和冷却的不均匀从而导致应力的产生，在应力作用下发生的变形即为焊接变形，焊接变形的变形量也不是固定的，其会由于所选择的焊接工艺不同而有所不同。在焊接过程中，焊接的焊缝的基板会有局部加热的情况发生，这样就会导致这部分的温度发生较大的变化，而焊接结束语，这部分的温度则需要冷却到正常的室温下，而在冷却焊缝金属也会出现正常的收缩，从而恢复到正常的体积下。但是在实际焊接过程中，焊缝的材料与基材的材料会存在不同，材料的不同其收缩的力度也会出现不同，这样在收缩过程中应力则会集中产生了焊缝与基材中间，使焊缝部位产生较大的应拉力，而当这部分应拉力集中在一起时，则会导致焊接部位出现变形或是变薄的问题，而当焊接金属的屈服应力集中释放时，则会形成焊接永久变形的产生。同时在焊接温度与室温接近时，整个基板所产生金属膨胀力和收缩应力则会出现无约束的情况，从而导致变形的产生。即使在焊接过程中利用固定的工件或是使用抗收缩的工具，但在这些工具对应力进行约束时，也会导致有多余的应力释放出来，从而导致基板发生迁移，使焊接的工件变形。
2 控制变形的方法
焊接的质量好坏，直接影响着焊接钢材工件的使用性能，所以在工程实践中，我们需要利用科学有效的方法来对焊接变形进行有效的控制，采取相应的消除变形的方法和手段，从而有效的提高钢材的焊接质量。
2.1 改进焊接结构
合理选择焊缝结构的形式和尺寸，避免焊缝的不均匀布置和集中分布，减少不必要的焊缝，都能有效控制焊接变形。为了避免焊缝集中、双向、三向相交，应采用刚性较小的节点焊接形式。为的是减小焊接缝交叉点处或者焊接缝集中点的热量和应力，以减小焊缝变形。为了保证结构具有足够的承载能力，在设计节点焊接缝时，应采用相应的坡口形状和尺寸，以满足较小焊缝的尺寸需求，减少焊缝截面积和结构焊缝的变形。
2.2 采用刚性固定法
对于刚性较小的焊接件，合理采用刚性好的夹具、支撑件、焊胎等辅助器具加以固定可以减小焊件的变形。
2.3 预留收缩变形余量
根据理论计算和现场经验，对焊件预先预留收缩变形量或加工量，保证焊后能够达到设计尺寸要求。
2.4 采用反变形法
反变形是指在焊接前将钢材结构装配成与焊接变形方向相反、大小相等的预先变形，来抵消焊接后结构形成的变形。根据理论计算和现场经验，预先把焊件人为地加工或设置产生一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等，这样变形与反变形就能在焊后得到抵消。
2.5 采用合理的焊接方法
不同的焊接方法带来不同的线能量，选用线能量比较低的焊接方法，可以有效地减小焊接塑性压缩区，从而减小焊接变形。在对钢材施焊时，为了便于操作和确保焊接质量，应尽量避免将焊缝设置在仰焊位置。在无法避免的情况下，就需要焊工全方位掌握焊接操作工艺。
2.6 采用合理的装配焊接顺序
对焊件适当的划分为部件、组件进行组焊后，再进行部分间的焊接，提高了组对的精度，减少了焊接变形。
2.7 焊前预热和焊后消应力处理
当前焊接过程中为了有效的减少焊接变形的发生，通常会采用将焊前对焊接母材预热的方法，这样提高焊接母材的温度，使其与焊缝金属之间的温差尽可能的减小，这样在有效的防止了焊接收缩时内应力的增加，降低了变形的可能。这是一种在焊前对焊接变形进行提前控制的方法，可以有效的保证焊接的质量，对纠正焊接变形也起到了积极的作用。
3 减少焊接变形的其他方法
3.1 水冷块
在薄板焊接中，采用水冷块可带走焊接工件的热量。采用铜焊或锡焊将铜管焊接到铜制夹具，通过水管进行循环冷却，以减少焊接变形。
3.2 楔形块定位板
“定位板”是钢板对焊时的一种有效控制焊接变形的技术。定位板的一端焊在工件的一块板上，另一端将楔形块楔入压板，甚至可采用多个定位板排列，以保持焊接时对焊接钢板的定位、固定。
3.3 消除热应力
为了减少焊接变形和残余应力的影响，设计和焊装工件时应注意以下几点：
1）不进行过量焊接；
2）控制好工件的定位；
3）尽可能采用间断焊接，但应满足设计要求；
4）尽可能采用小的焊脚尺寸；
5）对于开坡口焊接，应使接头的焊接量最小，并考虑双边坡口替代单边坡口接头；
6）尽可能采用多层多焊道焊替代单层双边焊交替焊接。在工件中和轴处开双面坡口焊接，采用多层焊，并确定双面焊接顺序；
7）采用多层少焊道焊接；
8）采用低热输入焊接工艺，意味着较高的熔敷率和较快的焊接速度；
9）采用变位机使工件处于船形焊位置。船形焊位置可使用大直径的焊丝和高熔敷率的焊接工艺；
10）尽可能在工件的中和轴设置焊缝，并对称施焊；
11）尽可能地通过焊接顺序和焊接定位使焊接热量均匀扩散；
12）向工件的无约束方向焊接；
13）使用夹具、工装和定位板进行调整、定位；
14）向收缩的相反方向预弯工件或预置焊缝接头；
15）按序列分件焊装和总焊装，可使焊接围绕中和轴一直保持平衡。
结束语
焊接作为特种作业行业，其技术含量较高，为了有效的保证焊接的质量，对焊接变形的控制是较为关键的一个环节。导致焊接变形产生的因素较多，如材料、结构、焊接环境等孝会直接影响到焊接变形的产生，所以在实际焊接工程作业过程中，需要根据焊接现场的条件、结构、环境等各个因素进行有效的分析，从而制定出合理的焊接方法并做好提前预防措施，尽量控制或是避免焊接变形的发生。这就需要具有较高的焊接技术水平，同时还要具有较丰富的经验，这样焊接工人在焊接时才能有效的将焊接环境、焊接材料和控制变形的方法和措施有效的结合起来，并在工作中具有时刻预防和控制变形的意识，只有这样才能有效的降低或是消除焊接变形的发生，提高焊接的质量。
【参考文献】
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[2]李晓明.孙德伟.焊接结构件焊接变形的控制[J].铁道车辆.2010（05）：10-16.
高效焊接方法范文5
关键词：钢结构 焊接连接 高强度螺栓 施工工艺钢材是现代建筑工程施工中必不可少一种基础建筑材料，而在实际的建筑工程应用中，钢材需要经过多种加工处理后方能实现其应用价值，其中钢连接就是一项基本的处理方式。在长期的发展中，钢连接的方式有很多种。目前最常用的是焊接连接，以及铆钉连接、螺栓连接以及紧固件连接等多种方法，其中焊接连接是应用最为广泛的一种钢连接方法，而高强度螺栓连接则是以其较强的承受力和安全性逐渐也得到广泛应用的钢连接方法。本文就以这两种钢连接技术为例，来谈谈钢结构的连接工艺。
一、钢结构焊接方法选择
1、手工焊：手工焊设备简单、操作方便，可以用于任何空间位置的焊接，但劳动强度大、效率低，质量不稳定。
2、埋弧自动焊：埋弧自动焊有成为电弧焊，是电弧在焊剂层下燃烧的一种焊接方法，效率高，质量好，操作技术要求低，劳动条件好，是大型构件制作中应用最广的高效焊接方法。适用于焊接长度较大的对接、贴角焊缝。
3、半自动焊：与埋弧自动焊基本相同，操作灵活，但使用不够方便。适用于焊接较短的或弯曲的对接、贴角焊缝。
4、CQ2气体保护焊：用CQ2或惰性气体保护的实芯焊丝或药芯焊接，设备简单，操作简便，焊接效率高，质量好。适用于构件长焊缝的自动焊。
5、电渣焊：利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热焊接，能焊大厚度焊缝。适用于箱型梁及柱隔板与面板全焊透连接。
二、焊接工艺施工要点
作为最常见的钢结构连接方法，焊接连接工艺已经相对较为成熟，部分焊接方法的技术水平已经达到世界先进焊接水平，为一些具有高难度要求的钢结构连接提供了有力的技术支持。采用焊接连接的钢结构连接工艺，不仅具有很强的适用性，且工艺简单，经济高效、不浪费钢材料，可采用自动化焊接。焊接连接的钢结构密闭性良好，结构刚度大，是一种具有很大优越性的现代钢结构连接技术。一般来讲，在工艺施工中需要注意的施工要点主要有以下几点：
1、焊接工艺设计：确定焊接方式、焊接参数及焊条、焊丝、焊剂的规格型号等。
2、焊条烘烤：焊条和粉芯焊丝使用前必须按质量要求进行烘焙，低氢型焊条经过烘焙后，应放在保温箱内随用随取。
3、定位点焊：焊接结构在拼接、组装时要确定零件的准确位置，要先进行定位点焊。
4、焊前预热：预热可降低热影响区冷却速度，防止焊接延迟裂纹的产生。
5、焊接顺序确定：一般从焊件的中心开始向四周扩展；先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；尽量对称施焊；焊缝相交时，先悍纵向焊缝，待冷却至常温后，再焊横向焊缝；钢板较厚时分层施焊。
6、焊后热处理：焊后热处理主要是对焊缝进行脱氢处理，以防止冷裂纹的产生。焊后热处理应在焊后立即进行，预热及后热均可采取散发式火焰枪进行。
三、高强度螺栓连接施工
所谓高强度螺栓连接主要是针对普通螺栓连接而言的，其主要特点在于制作螺栓的钢材料是经过一定的热处理后的螺栓，强度较大，施工时需用特殊的扳手将螺栓按照一定的要求拧紧，从而实现钢结构连接的目的。其特点是施工方便，可拆可换，传力均匀，接头刚性好，承载能力大疲劳强度高，螺母不易松动，结构安全可靠。
1、一般要求。刚强度螺栓工艺对材料要求很高，材料的合格与否关系到钢连接后的牢固程度，如果螺栓不合格或者受到污染，钢结构连接后容易出现松动、掉落等问题，影响建筑质量，因此在使用前，要对其性能做好检验，运输中轻装轻卸；工地储存要将其放置于干燥、通风、防雨、防潮的仓库，安装要按需领取，没有用完的要及时装回容器；安装中，接头摩擦面要清洁干燥。
2、安装工艺。一个接头上螺栓连接，应从螺栓群中部开始，向四周扩展，逐个拧紧。扭矩型高强度螺栓的初拧、复拧、终拧，每完成一次应涂上相应的颜色或标记，以防漏拧。高强度螺栓应自由穿入螺栓孔内。一个接头多个高强度螺栓穿入方向应一致。垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头和螺母，螺母有圆台的一面应朝向垫圈。
3、紧固方法。高强度螺栓的紧固有两种方法，即大六角头高强度螺栓连接副紧固和扭剪型高强度螺栓紧固。大六角头高强度螺栓连接副一般采用扭矩法和转角法紧固：扭矩法分初拧和终拧两步，初拧使各层钢板充分密贴，终拧将螺栓拧紧；转角法也是两次拖拧，初拧使用短扳手，将螺母拧至构件，做下标记，终拧改用长扳手，从标记位置拧至终拧位置。扭剪型高强度螺栓紧固采用的扭剪型高强度螺栓尾部有梅花头，紧固采用专用扳手，将套筒套住螺母和梅花头，反方向旋转，然后拧断尾部，达到扭矩值。
四、钢结构连接质量验收
钢结构连接质量的优劣对于整个钢结构安装工程的安全性与可靠性有着很大的直接影响，为了避免因钢结构连接不牢固而引起质量事故，在钢结构连接完成后就需要对其进行仔细严格的质量验收工作。一般来讲，钢结构的质量验收主要需要注意到焊接缝对否有裂纹、焊接表面是否光虎完整、是否有气孔、夹渣或未焊透等多种不符合技术要求的焊接现象，对于高强度螺栓的连接是否满足技术要求的抗剪抗拉要求等。
1、焊缝质量检测。钢结构焊缝质量应根据不同要求分别采用外观检查、超声波检查、射线探伤检查、浸渗探伤检查、磁粉探伤检查等。碳素结构钢应在焊缝冷却至环境温度，低合金结构钢应在焊接完成24小时以后，进行焊缝探伤检查。
2、高强度螺栓连接副终拧检查。大六角头高强度连接副应在完成1h后，48h内进行终拧扭矩检查。检查数量：按节点数抽查10%，且不应少于10；每个被抽查节点按螺栓数抽查10%，且不应少于2个。扭剪型高强度螺栓连接副终拧检查，是以拧掉梅花头为标志。
高效焊接方法范文6
【关键词】 金属结构 焊接工艺 计算机技术 应用范围
1 引言
近年来，随着计算机技术的飞速度发展，社会经济建设和人民日常生活都随之发生着巨大的改变。在金属结构焊接领域，计算机技术以极快的速度向焊接科研、生产、管理等领域不断渗透，在焊接过程控制、焊接结构设计与制造、焊接工艺管理、焊接自动化控制、焊接数值模拟、焊接质量预测等方面，都得到了极大的应用，为提高焊接工艺技术和焊接质量创造了平台基础。
2 计算机技术在焊接设备中的应用
计算机技术与焊接设备的融合出现了数字化焊接设备，早期的数字化焊接设备大多采用单片机、DSP等数字芯片进行，可以很方便利和通讯接口，实现PC机与数字化焊机、数字化焊机与机器人等之间的通讯，实现数字化焊机内部送丝机、水冷装置、焊枪的数字化控制，提供更高的控制精度和更好的兼容性能。自1998年奥地利Fronius全数字化焊机进入市场以来，新型数字化焊机的研究成为了国内外焊接工作者的主要研究领域，经过十余年的发展，数字化焊机在人机交互系统方面得到了深入的开发。但是，我国国内数字化焊机的研究还入于起步阶段，现阶段国内自主研发的新型数字化焊机，其性能和功能同国外先进焊机相比还有较大的差距。据资料显示，目前日本拥有两百余万台数字焊接机器人，被广泛应用于汽车制造、航空制造、建筑结构等各个领域，大幅提高了焊接质量和焊接效率，在经济建设中起着至关重要的作用。
3 节能高效焊接工艺及自动化技术
随着数字化技术的不断成熟，自动化焊接技术得到了巨大的发展，在焊接领域得到广泛的应用，据统计，发达工业国家焊接自动化率已经超过80%，而我国还远远不足，在今后十年，将是我国自动化焊接技术高速发展的十年。在三峡工程、船舶工程、航天工程、西气东输工程等国家大型基础工程的金属结构焊接领域，焊接自动化技术得到了有效的应用，并推动了我国金属结构焊接领域向“高效、自动化、智能化”发展的速度。熔化极气体保护焊取代了传统手工电弧焊成为金属结构焊接主流，高效、节能的自动化智能型逆变焊机使焊机操作更为简单，在提高焊接质量的同时，并有效的减少了操作人员。目前，金属结构焊接自动化研究领域，正着重于焊接过程控制系统的智能化、焊接柔性化技术、焊接电源动感特性等方面，焊接操作正由“技艺”向“科学”迅速演弯。
4 虚拟焊接模拟仿真技术
焊接是金属结构应用领域最为广泛的材料连接方式之一，在我国应用极为广泛，但在我国金属结构焊接领域，还存在许多落后的焊接工艺，虚拟焊接模仿仿真技术在金属结构焊接领域的应用，利用计算机对焊接数值进行模拟仿真，有效的对传统焊接工艺进行了改进，加速了我国焊接信息化与工业化融合的进程。目前，焊接工艺的仿真，主要采用计算机技术和有限元数值模拟，对焊接温度场、残余应力、焊缝变形等各方面的参数进行模拟，寻找出优化焊接工艺的参数，包括如焊接材料、夹具条件、温控、焊接流程等参数，为改善焊接部件制造，提高焊接质量，优化焊接流程等提供科学依据。目前，虚拟焊接模拟仿真主要集中在焊接温度场的数值模拟、焊接金属学和物理过程的模拟、焊接应力与变形的数值模拟、焊接接头的力学行为和性能的数值模拟、焊缝质量评估的数值模拟、具体焊接工艺的数值模拟等几个方面。
5 焊接质量预测与监控技术
随着金属结构焊接领域向大型化、高参数方向发展，以及低合金高强钢、中高合金钢等金属材料的广泛应用，对焊接质量的要求越来越高。传统的焊接质量检测都是通过对焊后产品进行检测来保证焊接质量，这种检测方法需要进行大量的重复性试验，造成人力、物力的浪费。计算机技术的深入应用，包括热弹塑性有限元模型预测技术、固有应变法预测技术、基于人工神经网络的预测技、基于数据库技术的预测技术，为焊接变形和残余应力的预测、焊接接头组织性能的预测、焊接裂纹的预测和诊断提供了有效的途径。
在焊接质量监控方面，早在上世纪九十年代，世界先进工业国家就开始将电弧传感器、视觉传感器等同新的控制策略相结合，在焊接生产线上实现了焊接过程质量的在线监测，相对来说，国内在焊接过程质量在线监测方面的还处于研究阶段。目前，焊接过程质量在线监测主要是通过力学质量信息采集法、声光质量信息采集法、焊接过程电参量信号采集法、视觉质量信息采集法等方法，来实现对焊接过程质量的在线采集，并通过基于图像处理算法的质量评判标准，对瞬时的焊接条件和工艺参数，如接缝装配情况、焊缝成形、位置领头、熔透程度、焊接缺陷等进行反馈，实现对焊接质量的在线监控。
6 结束语
计算机技术在金属结构领域的应用，除了改变了传统的焊接设备、提高了焊接工艺和自动化能力、有效的实现了焊接质量的预测与在线监控、有效的初现了焊接工艺的数字模拟仿真外，在材料连接工艺的优化、焊接工程应用管理、焊接资料数据库系统等方面，都得到了极大的应用，使现代焊接技术不断向信息化和智能化方向发展。
【参考文献】
[1] 田爱芬、邓军平、邵水源，《基于知识库的焊接式艺设计专家系统》[J]，西安科技大学学报，2006.2
[2] 中国机械工程学会，《2011年全国计算机辅助焊接工程学术研讨会报告》[J]，中国机械工程学会，2011.8
