变压器油箱焊接变形问题分析研究

[摘 要]本文首先阐述了变压器油箱焊接时变形产生的原因，然后提出了预防焊接变形的具体措施，最后研究了焊接变形的矫正方法。以下就此进行深入的探讨。

[关键词]变压器； 焊接； 变形； 矫直

中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0147-01

一、前言

目前，在变压器油箱焊接过程中，变形问题一直备受关注，只有提升了变压器的焊接品质，才能够有效保证变压器焊接不会出现变形问题，这也是当前必须要重视的问题。

二、变压器油箱焊接强度问题

大型变压器是电力系统重要的设备，其安全性直接影响电力系统的安全运行。油箱是变压器主要承载部件，但在变压器的设计过程中，油箱的强度设计经常采用经验设计，不对其进行详细的变形、应力分析。这种根据以往的设计和使用经验，选取某种结构进行参照的设计方法，使得油箱设计成型后，其结构强度是一个未知数，不一定能够保证其安全，给变压器的安装和运行安全造成影响。

对于大容量的的变压器，尤其是在110KV或以上电压等级时，用户选择油浸式变压器，油浸式变压器的油箱既是保护变压器器身的外壳和盛油的容器，又是装配变压器外部结构件的骨架，同时通过变压器油将器身损耗所产生的热量以对流和辐射方式散至大气中。作为盛油容器（不是静止的冷油，而是运动中的热油），油箱应当不能有超出允许值变形，不开裂渗漏油，这就要求油箱应具备一定的机械强度，主要包括五方面内容：

l）承受变压器器身和油的重量以及总体的起吊重量；

2）承载变压器所有附件（如套管，储油柜，散热器或冷却器等）；

3）在运输中承受冲击加速度的作用和运行条件下地震力或风力载荷的作用；

4）对大型变压器而言，器身在油箱内要真空注油，或在安装现场修理时，要利用油箱对器身进行干燥处理，这就要求油箱能承受抽真空时大气压力的作用。

5）除承受内部油压的作用外，还要保证在变压器内部发生事故时油箱不得爆裂。油箱的力学性能，除了考虑在各种受力条件下的机械强度外，还必须充分考虑到在真空压力作用下，油箱作为”薄壳”结构的稳定性问题。

三、变压器油箱焊接变形的影响因素

焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有材料、结构和工艺3个方面。

1.材料因素的影响

材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，材料的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上，一般热传导系数越小，温度梯度越大，焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响比较复杂，热膨胀系数的影响最为明显，随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用，一般情况下，随着弹性模量的增大，焊接变随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力，焊接结构存储的变形能量也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂，此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而焊接变形得以减少。

2.结构因素的影响

焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键，也是最复杂的因素。其总体原则是随拘束度的增加，焊接残余应力增加，而焊接变形则相应减少。结构在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，因此自身为变拘束结构，同时还受到外加拘束的影响。一般情况下复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加，在设计焊接结构时，常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做不但增加了装配和焊接工作量，而且在某些区域，如筋板、加强板等，拘束度发生较大的变化，给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此，在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。

3.工艺因素的影响

焊接工艺对焊接变形的影响方面很多，例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中，焊接顺序对焊接变形的影响较为显著，一般情况下，改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。焊接工作者在长期研究中，总结出一些经验，利用特殊的工艺规范和措施，达到减少焊接残余应力和变形，改善残余应力分布状态的目的。

四、控制变压器油箱焊接变形的方法

预防和减少焊接变形的方法必须考虑焊接工艺设计以及在焊接时克服冷热循环的变化。收缩无法消除，但可以控制。减少收缩变形的途径有以下几方面。

1、勿过量焊接

越多的金属填充在焊接点会产生较大的变形力。正确制定焊缝尺寸，不仅能得到较小的焊接变形，还可节省焊材和时间。填充焊缝的焊接金属量应最小，焊缝应呈平坦或微凸形，过量的焊接金属不会增加强度，反而会增加收缩力，增加焊接变形。通常，焊接变形不作为“问题”时，选择常规的焊接接头最经济；变形量较大时，则应选择接头形式以平衡焊接应力和焊接金属填充量。

2、间断焊缝

另一种减少焊缝填充量的途径是较多地采用间断焊接。如焊接加强板，间断焊接可减少75%的焊缝填充量，同时也能保证所需强度。

3、减少焊道

采用粗焊丝、少焊道焊接比采用细焊丝、多焊道焊接变形小。多焊道时每一焊道引起的收缩累计增加了焊缝总的收缩。少焊道、粗焊条焊接工艺比多焊道、细焊条焊接的工艺效果更好。

注意：采用粗焊丝、少焊道焊接或细焊丝、多焊道焊接工艺依据材质而定，一般低碳钢、16Mn等材质适用粗焊丝、少焊道焊接，不锈钢、高碳钢等材质适用细焊丝、多焊道焊接。

4、减少焊接时间

焊接时产生受热和冷却，传输热量时也需要时间。因此，时间因素也影响变形。通常，希望体积大的工件受热膨胀之前，焊接尽快完成。焊接工艺，如焊条的类型和尺寸、焊接电流、焊接速度等影响焊接工件收缩和变形的程度。机械化焊接设备的使用减少了焊接时间和受热引起的变形量。例如，一给定焊缝尺寸的厚板确定焊接工艺参数：焊接电流175A、焊接电压25V、焊接速度7.5cm/min、焊接线能量输入387500J；同样尺寸的焊缝也可确定这样的焊接工艺参数：焊接电流310A、焊接电压35V、焊接速度20cm/min，焊接线能量输入81400J。高热输入的焊接工艺通常导致焊缝产生更大的变形。

五、减少变压器油箱结构件变形的工艺关键

变压器油箱焊接要比一般教科书或技术资料中所描述的结构件复杂得多，且对不同的结构件的性能要求也各不相同。根据实践经验我们总结出几种克服邮箱焊接结构件变形的工艺对策。

1、结构件本身的结构设计要合理，即尽量遵守焊缝设计三原则：焊缝数尽量少、焊缝截面尽量小、焊缝位置要对称。

2、选择线能量较低的焊接方法，包括采用多层焊和利用CO2自动焊代替气焊或手工电弧焊。

3、选择合理的焊接顺序，使工件受热均匀。

4、对形状复杂、组成件多的结构件采用多层部件装焊法，多步骤装点，多步骤焊接，多次整理。

5、消除残余应力，保证结构件的长期稳定性。

6、对简单零件尽量采用机械矫正。

7、对两端有约束的部件间的变形，应用机械手段调整并保持一定的施力时间。

六、结束语

综上所述，变压器油箱焊接变形问题一定要重视，保证焊接的每一个流程都科学合理，积极提升变压器油箱焊接的工艺水平，让变压器油箱焊接变形问题出现的概率降低。

参考文献

[1]刘建民.自动焊接技术在变压器油箱制造上的应用[J].现代焊接，2013，11：31-34.

[2]刘建民.变压器油箱焊接制造渗漏油对策[J].现代焊接，2012，09：65-66.