变压器油箱焊接问题研讨

[摘 要]本文主要从结构设计和制造工艺两个方面详细的阐述了减少变压器油箱焊接应力的措施。本文在此提出了自己的观点和看法，可供同行工作人员参考和借鉴。

[关键词]油箱； 焊接应力； 裂纹

中图分类号：TM405 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0137-01

一、前言

随着变压器油箱应用要求的不断提高，研究其焊接问题凸显出重要意义。该项课题的研究，将会更好地提升变压器油箱焊接问题的实践水平，从而有效优化其在实际应用中的整体效果。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

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、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干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

减少焊缝数量可以减少焊接应力的产生，减少焊接缺陷发生的机率。

（一）减少密封焊缝数量

通常，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；以及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。减少焊缝长度同时，还减少焊接应力和变形，保证油箱制造质量，提高劳动生产率。

（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，这种变压器油箱低压侧结构重，l、2、4、6、7、8、9加强铁不能直接与侧盖焊接，只能通过横板与3、5、8加强铁过渡，再与侧盖焊成框架结构，保证油箱强度；油箱低压侧焊缝比较密集，2与3、4与5、7与8加强铁与横板焊接处，会使接头处严重过热，焊后将产生很大的焊接应力和变形，这种焊接应力与以后的抽空和静压外力的叠加，3、5、8加强铁与横板焊接处出现焊缝裂纹。

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。

四、制造工艺采取的减少焊接应力的措施

任何容器的渗漏，主要原因是焊缝或焊缝附近的裂纹所致，而裂纹的产生则是由于焊接应力的存在。变压器油箱是较为复杂的焊接结构，几乎每台变压器油箱焊接成型后，部存任有一定的微小裂纹，在试漏时难以暴露出来.而油箱在焊接过程中不可避免地出现焊接应力。因此，在生产过程中，要采取必要措施，减少和消除焊接应力。

1.合理的焊接顺序

合理的焊接顺序是控制焊接变形的有效措施。实践旺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任很大程度上抵消或减小整个构件的焊接变形。很多结构件需要焊缝分布对称，因此矗采用对称的焊接顺序，以控制焊接变形。

焊接顺序还应 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，焊后产生的焊接虚力和变形较大。合理的焊接顺序是，油箱壁1与箱沿5在高匿盒底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l与箱沿5。油箱壁1与箱沿5往高压盒底3对应的焊接范围内不焊， 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CO，气体保护焊多年的生产经验及工件的结构特点，选用CO，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l5O℃ ～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。

7.焊后时效处理

它包括热时效和振动时效两种方法。热时效是通常将焊件整体或局部加热到600～65012，保温一定时间，然后缓慢冷却，其残余应力可降到60%～7O% 。振动时效是给工件加一种交变应力（多次循环加载）。由于这种交变应力与残余应力叠加，促使裂纹快速扩展，而导致渗漏。热时效和振动时效都可以把残余应力降到60%～7O% ，但是，振动时效有更好的发展前景，振动时效设备投资费用低，生产周期短，生产费用比较低，不受工件重量大小限制。

焊接变形，只有采取优化的设计和有效的工艺措施控制焊接变形，尽量减少和释放焊接应力，才能保证产品的强度和结构性能。通过采取上述行之有效的措施，变压器油箱焊接质量等到了飞越性的提高，深受用户的肯定与好评。并提高了企业的生产效率，降低了生产成本，给企业带来了一定的经济效益，大大增强了企业的竞争能力。

五、结束语

通过对变压器油箱焊接问题的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展，有赖于对其多项影响环节与因素的充分掌控，有关人员应该从变压器油箱应用的客观实际要求出发，研究制定最为符合实际的焊接工艺实施策略。

参考文献

[1] 司乃钧，许德珠.热加工工艺基础[M].机械工业出版社.2012.

[2] 陈祝年.焊接工程师手册[M].机械工业出版社.2010.

[3] 王邦. 变压器油箱焊接问题[J].机械设计.2010.