图1.7.3-2 电加热片 图1.7.3-3 温度控制仪
5） 当环境温度（或母材表面温度）低于0℃，应提高预热温度15℃～25℃，焊接期间应保持上表规定的最低预热温度以上。 6） 焊接过程中层间温度的控制 焊接时，因板温的冷却速度较快，造成温度下降，为了使焊接的层间温度一直保持在200-220℃之间，除了采用数显自动温控箱来调节红外线加热板加热温度外，同时采用数显测温仪，随时对焊接点的前后方向、侧面进行测温。必须注意：预热温度和层间温度必须在每一焊道即将引弧施焊前加以核对。 1.7.4 厚板焊接工艺
厚板、超厚板在加工、焊接过程中及其容易出现母材金相组织破坏、焊接变形、焊接应力集中等缺陷，甚至出现焊接裂纹、板材厚度方向撕裂。因此厚板的焊接是本工程的重点和难点所在。
1 焊接过程中的质量控制措施
1） 定位焊：定位焊是厚板施工过程中最容易出现问题的部位。由于厚板在定位焊时，定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却，造成局部过大的应力集中，引起裂纹的产生，对材质造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时，提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。
2） 多层多道焊：在厚板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。这是因为厚板焊缝的坡口较大，单道焊缝无法填满截面内的坡口，而一些焊工为了方便就摆宽道焊接，这种焊接造成的结果是，母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊有利的一面是；前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。
3） 焊接过程中的检查：厚板焊接不同于中薄板，需要几个小时乃至几十小时才能施焊完成一个构件，因此加强对焊接过程的中间检查，就显得尤为重要，便于及时发现问题，中间检查不能使施工停止，而是边施工、边检查。如在清渣过程中，认真检查是否有裂纹发生。及时发现，及时处理。
4） 厚板对接焊后，应立即将焊缝及其两侧各100mm范围内的局部母材进行加热，加热时采用红外线电加热板进行。加热温度到250～350℃，然后用石棉铺盖进行保温，保温2～6h后空冷。这样的后热处理可使因焊前清洁工作不当或焊剂烘焙不当而渗入熔池的扩散氢迅速逸出，防止焊缝及热影响区内出现氢致裂纹。
对于厚钢的超声波检测时应焊后48小时或更长时间进行检测，如进度允许，也可在构件出厂前再次进行检测。确保构件合格，以免延迟裂纹对工件的破坏。 2 焊接变形控制 1） 焊接变形的控制
由于焊接热输入引起材料的不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而与熔池毗邻的高温区材料热
膨胀又受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形；在冷却过程中，已经发生压缩塑性变形的这部分材料（如长焊缝的两侧）又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上被拉伸；如此同时，熔池凝固，金属冷却收缩时也产生相应的收缩拉应力与变形，产生不协调反应，从而就导致了焊接应力与变形。对于厚板焊接，尤其要注意焊接变形的控制，减小焊接应力的产生。 2） 注意过程控制
在焊接过程中，厚板对接焊后的变形主要是角变形。实践中为控制变形，往往先焊正面的一部分焊道，翻转工件，碳刨清根后焊反面的焊道，再翻转工件，这样如此往复，一般来说，每次翻身焊接三至五道后即可翻身，直至焊满正面的各道焊缝。同时在施焊时要随时进行观察其角变形情况，注意随时准备翻身焊接，以尽可能的减少焊接变形及焊缝内应力。另外，设置胎夹具，对构件进行约束来控制变形，此类方法一般适用于异形厚板结构，由于厚板异形结构造型奇特、断面、截面尺寸各异，在自由状态下，尺寸精度难以保证，这就需要根据构件的形状，制作胎模夹具，将构件处于固定的状态下进行装配、定位，焊接，进而来控制焊接变形。
3） 合理的焊接顺序
选择与控制合理的焊接顺序，既是防止焊接应力的有效措施，也是防止焊接变形的最有效的方法之一。根据不同的焊接方法，制定不同的焊接顺序，埋弧焊一般采用逆向法、退步法；CO2气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法；编制合理的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度”。 4） 采取反变形措施
由于钢板较厚，全熔透焊缝范围大，焊接后上下翼缘板外伸部分会产生较大的角变形。厚板的角变形往往不易校正，为减少校正工作量，可在板件拼装前将上下翼缘板先预设反变形；由于焊接角变形效应，构件焊后基本可以使翼板回复至平直状态。反变形角度通过对焊缝焊接过程中热输入量的计算及以往工程中的实践经验综合予以确定，详见图1.7.4-1。
图1.7.4-1 拼板反变形示意图 5） 采用补偿加热法
补偿加热法实则亦是求得焊缝焊接时热量“对称、均匀”的辅助手段。当厚板结构整体焊接存在不对称时，极易造成构件扭曲、旁弯等变形，且难以进行矫正，采用补偿加热法对结构的整体焊接效果颇佳。 3 焊接变形的矫正
1） 焊接变形的矫正主要采取机械矫正和火焰矫正法来实现。
机械校正法：其原理是将较短的部分伸展，并使之与尺寸较长的部分相适应，恢复到所要求的形状，如用H型钢矫直机进行角变形矫正，就是典型的机械矫正法。
2） 火焰矫正法：其原理与机械矫正法相反，利用受热部分的压缩塑性变形来达到目的。为了防止金属的过烧，加热温度不应超过850度，温度过低时，生产效率不高。禁止用水急冷受热区，这样会使金属变脆。实践证明：火焰校正的效果与工件加热后的冷却速度关系不大，
用水急冷仅仅会增加冷却速度。 火焰加热的方法通常采用以下两种：
A、线状加热：主要用于主焊缝焊接角变形矫正，详见图1.7.4-2。
图1.7.4-2 线状加热示意图
B、条状、三角形加热：主要用于H型钢构件平面内弯曲矫正，详见图1.7.4-3。
加热区域 火焰校正区 图1.7.4-3 条形、三角行加热示意图 4 防止层状撕裂的措施
层状撕裂一般在钢表面上难以发现，起于钢板内部的沿轧向的应力开裂，呈阶梯状，一般产生于T形、十字形和角焊接头的热影响区轧层中，有的起源于焊根裂纹，或板厚中心。层状撕裂主要发生在低合金高强钢的厚板焊接结构中。 5 层状撕裂产生的原因 1） 钢材的化学成分
非金属夹杂物的种类、数量和分布形态是产生层状撕裂的基本原因，是造成钢材各向异性，力学性能差异的内在因数，钢材中夹杂物主要为硫化物。
含硫量：由层状撕裂的成因可知钢材的含硫量是其最主要的影响因素。含硫量越高，夹杂物含量多，易于产生层状撕裂。
钢材的碳当量：钢材的碳当量越高，钢材组织易脆化，层状撕裂越敏感。 2） Z向拘束应力
厚板结构在焊接过程中承受不同程度的Z向拘束应力，同时还有焊后的参与应力及负载，是造成层状撕裂的力学条件。
3） 焊缝中氢含量的影响：焊缝扩散氢含量会促使层状撕裂的扩展，对于起源于焊根或发生于热影响区附近的层裂，扩散氢则起了间接却重要的影响。 4） 层状撕裂防止措施
（1）控制钢材的含硫量，增加、控制钢材的Z向性能。 （2）采用合理的坡口，在满足设计要求焊透深度的前提下，宜采用较小的坡口角度和间隙，
以减小焊缝截面积和减小母材厚度方向承受的拉应力。 宜在角接接头中采用对称坡口或偏向于侧板的坡口，使焊缝收缩产生的拉应力与板厚方向成一角度，尤其在特厚板时，侧板坡口面角度应超过板厚中心，可减小层状撕层倾向。 （3）采用合理的焊接工艺。
A 双面坡口时宜采用两侧对称多道次施焊，避免收缩应变集中。 B 采用适当小的热输入多层焊接，以减小收缩应变。
C 采用低强度匹配的焊接材料，使焊缝金属具有低屈服点、高延性，可使应变集中于焊缝，以防止母材发生层裂。
D 角接接头，当板厚特大时（80mm及以上），侧板板边火焰切割面宜磨（或刨）去由热切割产生的硬化层，防止层状撕裂起源于板端表面的硬化组织。 E 采用低氢、超低氢焊条或气体保护焊方法。 F 采用焊后消氢热处理加速氢的扩散。 消氢处理的加热温度应为200-250℃，保温时间应依据工件板厚按每25mm板厚不小于0.5h、且总保温时间不得小于1h确定。达到保温时间后应缓冷至常温 6 焊接应力的消减措施
构件焊接时产生温度应力，焊后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是客观规律。一般我们在制作过程中重视的是控制变形，往往采取措施来增大被焊构件的刚性，以求减小变形，而忽略与此同时所增加的瞬时应力与焊接残余应力。本工程主体结构中，大部分构件均属刚性大、板材厚的构件，虽然残余变形相对较小，但同时会产生巨大的拉应力，甚至导致裂纹。在未产生裂纹的情况下，残余应力在结构受载时内力均匀化的过程中往往导致构件失稳、变形甚至破坏。因此焊接应力的控制与消除在本工程制作过程中显得十分重要。应优先于构件的残余变形给予考虑，而最佳的焊接应力控制与消减措施是施工全过程中的预控与消减。 1） 焊接应力的计算与测量 （1）焊接应力的计算及分析 工厂制作时，对结构复杂的构件及其连接节点，采用应力有限元方法先进行构件焊接残余应力的有限元分析，确定构件的应力分布状态，评估各接头焊后应力水平和拘束水平，作为确定合理焊接顺序和焊接过程应力控制措施的依据。详见图1.7.4-4。
图1.7.4-4 不同焊接顺序对构件应力分布的影响
焊接应力控制包括从制作工艺角度控制焊接应力和焊接过程中采取技术措施来控制焊接应力，控制应力的目标是降低应力的峰值并使其均匀分布。
（2）构件焊接完成后，应通过对典型构件进行焊接应力测试，以评定构件表面应力分布情况，并制定合理的针对性强的应力消减措施。 7 焊接应力控制的工艺措施 1） 减小焊缝尺寸
焊接内应力由局部加热循环而引起，为此在满足设计要求的条件下，在深化设计过程中，不应加大焊缝尺寸和余高，要对其焊缝尺寸给予优化，焊缝坡口要合理，尽量采用双面坡口，要转变焊缝越大越安全的观念。 2） 减小焊接拘束度
拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接。如钢柱、钢梁等长构件需要拼接板条时，要尽量在自由状态下施焊，不要待到组装时再焊，应按工艺先将其拼接工作完成，再行组装构件。若组装后再焊，则因其无法自由收缩，拘束度过大而产生很大应力。
3） 采取合理的焊接顺序 在焊接较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布置以及焊接应力分布计算，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。对钢柱焊接横隔板时，应从中间向两端对称焊接。 沿焊缝长度而言，每条缝应采用由中向外，逐步退焊。就构件平面而言亦应采用由中向外（四周）分散逐个焊接。
对箱型构件，尽量采用多名焊工对称、分段退焊等方式来降低焊接变形和应力。 4） 采用补偿加热法 通过预热等加热措施，减少焊接热输入流失过快则上述应力状况将会大为减小，构件变形亦会大大改观。此方法可应用于箱型构件主焊缝的外侧等位置，缺点是由于加热温度高，造成焊工施工条件恶劣，应加强劳防保护，做好安全工作。 5） 对构件进行分解施工
对于大型结构宜采取分部组装焊接，结构各部分分别施工、焊接，矫正合格后总装焊接。本工程中各大型构件均将采用此方法施工，在对控制应力而言有如下优点：
(1) 构件施工区域划小，每个区域内焊接应力方向单一，降低了焊件刚度，创造了自由收缩的条件；
(2) 由于施工区域的缩小，扩大了焊工施焊空间，可以较大范围采用双面坡口，减少了焊缝熔敷金属的填入，进而降低了焊接热输入总量； (3) 有利于构件焊接变形矫正与应力释放；
(4) 各部件总装时，焊接方向单一，自由收缩条件良好，有利于应力控制。 (5) 锤击或碾压焊缝
每焊一道焊缝用带小圆弧面的风枪或小手锤锤击焊缝区，是焊缝得到延伸，从而降低内应力。锤击应保持均匀、适度，避免锤击过份产生裂纹。 焊接过程中控制焊接应力措施 通过制定科学的焊接工艺、焊接过程中采取相对应的控制措施来控制焊接应力，焊接完成后根据应力测试情况和结果，如需要进一步消减焊接应力可采取下列措施。 6） 振动时效消除应力工艺
对大型、结构复杂的构件，主要采用振动时效消应力。
采用振动时效消除焊接残余应力按照标准JB/T 10375-2002《焊接构件振动时效工艺参数选择及技术要求》和JB/T 5926-2005《振动时效效果 评定方法《振动时效工艺评定效果》的要求执行。振动消除应力工艺流程如下： (1) 振前分析： (2) 振前准备： (3) 试振工件
(4) 工件的时效处理 (5) 效果评定方法