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低合金矩形管的材質(zhì)Q345鋼含有一定的合金元素，碳當量值為0.39% ，具有一定的淬硬傾向，在大厚板和冷卻速度過(guò)快的情況下焊接，容易出現冷裂紋。此外，在大工藝參數焊接時(shí)，由于熱輸入過(guò)大，容易導致焊縫產(chǎn)生熱裂紋或出現熱影響區熱應變脆化問(wèn)題。從焊件結構來(lái)看，矩形管長(cháng)度與截面比較大，屬細長(cháng)桿類(lèi)，焊接過(guò)程中極易變形且變形情況復雜。因此，焊接變形控制成為難題。
為滿(mǎn)足強度需要，此低合金矩形管截面尺寸為300mm× 200mm，板厚3mm，設計要求扭曲及平行度等偏差≤1.2mm，制作技術(shù)難度較大。為此，通過(guò)調查研究，昀終確定利用板材對稱(chēng)兩半折彎成槽形半殼，然后再采用CO2氣體保護焊焊接成形的制造工藝，如圖1所示。
2.Q345B方管焊接工藝
(1)開(kāi) V形坡口 對稱(chēng)的兩根槽形半管用大型折彎機壓制成形，按工藝要求加工對接焊坡口，預留間隙拼接。焊接接頭的設計在焊接工程中是較薄弱的環(huán)節。 坡口形式對控制焊縫內部質(zhì)量和焊接結構制造質(zhì)量有著(zhù)很重要的作用。坡口設計必須考慮母材的熔合比、施焊空間、焊接位置和綜合經(jīng)濟效益等問(wèn)題。應先按下式計算橫向收縮值 Δ B。
ΔB =5.1Aω/δ+1.27 d
式中 Aω——焊縫橫截面積， mm ; δ——板厚， mm ; d——焊縫根部間隙， mm。
找出 ΔB與 Aω的關(guān)系后，即可根據兩者關(guān)系列表分析，處理數據，進(jìn)行優(yōu)化設計，昀后確定矩形管對接焊縫坡口形式 (見(jiàn)圖2)。
圖2
(2)控制焊接變形此矩形管由于其外形屬于細長(cháng)桿類(lèi)，因此焊接變形極難控制。低合金方矩管焊接的主要變形有撓曲(正彎)、側彎、角變形及扭曲變形等。對于此矩形管而言，主要的變形是橫向收縮，使矩形斷面尺寸受到影響，每邊需縮進(jìn)預留間隙90%左右;焊縫橫向收縮后，豎板兩端向內彎曲，使構件形成腰鼓狀;由于焊縫斷面大，輸入熱量多，必然引起較大的縱向收縮，使構件在長(cháng)度方向形成撓曲變形;對因不合理焊接造成的扭曲變形，矯正十分困難，有時(shí)不得不割開(kāi)重焊或整件報廢。
方矩型管從焊接變形理論可知，影響焊接變形大小的主要因素是:焊縫尺寸越大，熔敷金屬越多，變形越大;焊縫尺寸相等時(shí)，焊縫熱輸入越大，造成的變形也越大;焊接大長(cháng)焊縫時(shí)，分段比直通焊變形要小;焊縫布置不對稱(chēng)或雖布置對稱(chēng)但不對稱(chēng)焊接，焊縫部位偏離越嚴重，變形越大;構件剛性越小，變形越大。
焊接規范通過(guò)工藝試驗和工藝分析，確定矩形管對接焊縫采用雙層 CO2氣體保護焊。焊接材料用 H08Mn2SiA， 1.2mm焊絲;保護氣體為純CO2氣體。第一層焊縫的焊接電流為200～250A，第二層為240～320A;電弧電壓為24～26V。工藝要求是:第一層焊縫必須焊透，保證背面成形良好;焊接電流、電弧電壓、送絲速度和焊接速度等可根據設備型號調節。
焊接順序為減少變形，矩形對接焊的焊接順序應按以下原則:采取由中間向兩邊分層分段對稱(chēng)跳焊，產(chǎn)生的焊接變形比直通焊小，有利于應力的分散和釋放，避免在焊件中產(chǎn)生復雜的應力。直通擺動(dòng)焊時(shí)，焊接開(kāi)始所形成的較窄的塑性變形區只出現一次，而且由于連續擺動(dòng)焊接，熱輸入量大，受熱面積大，被壓縮造成的塑性變形區域大，因而焊后收縮變形很大。分層分段跳焊時(shí)，每一層截面都很小，所需熱量就小，且每一層又分若干段進(jìn)行跳焊，每焊一段基本上都是在冷鋼板上重新建立一次溫度場(chǎng)，每次都出現一個(gè)較窄的塑性變形區，因而塑性變形區的平均寬度 (即橫向收縮的尺寸)要比相應分層直通焊小，縱向收縮也小，比起直通連續一次填滿(mǎn)的擺動(dòng)焊接變形就更小。
根據上述分析，先由中間向兩端分段跳焊焊縫1第一層 (見(jiàn)圖1)，翻面由中間向兩端分段跳焊焊縫2第一層，焊縫2應采用比焊縫1較大的焊接規范，以產(chǎn)生較大的反向力，使原變形得到矯正。接著(zhù)再以同樣的方法焊接焊縫1第二層和焊縫2第二層。
