平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制措施_工程管理

1、平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制措施本文結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的基礎(chǔ)理論與海上鋼平臺(tái)焊接的實(shí)踐閱歷，從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、焊接工藝和施工管理方面總結(jié)了平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的掌握措施，保證了平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。0 概述鋼結(jié)構(gòu)因其技術(shù)成熟、施工周期短、易于回收等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在海上油氣結(jié)構(gòu)設(shè)施中得到了快速進(jìn)展和普遍應(yīng)用。而焊接作為一項(xiàng)重要的鋼結(jié)構(gòu)制作和連接技術(shù)，廣泛應(yīng)用于平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制與安裝中，但隨之帶來(lái)的焊接變形問(wèn)題也日益突出，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的形狀美觀(guān)、順當(dāng)安裝和使用功能等造成了肯定的影響，而且給焊后帶來(lái)大量簡(jiǎn)單的矯正工作，嚴(yán)峻的變形甚至?xí)购讣Y(jié)構(gòu)報(bào)廢。因此，綜合分析平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形產(chǎn)生的緣由及其影響因素，實(shí)行適當(dāng)措施掌握

2、焊接變形，對(duì)于保證平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量具有重要意義。1 平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的組成平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)一般由平臺(tái)立柱、梁、撐桿、鋪板等組成。這些系統(tǒng)構(gòu)件采納焊接H型鋼、熱軋H型鋼、角鋼、槽鋼、鋼板、結(jié)構(gòu)無(wú)縫(有縫)鋼管，以及各種用于節(jié)點(diǎn)的異型鋼和箱形梁等。2 平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的基本形式及變形分析2.1平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的基本形式平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的基本形式有：焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形及焊后殘留在結(jié)構(gòu)中的焊接殘余變形，其中焊接殘余變形對(duì)平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量有較大影響。焊接殘余變形按其對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)影響程度不同，可分為整體變形和局部變形;按其特征可分為：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形和錯(cuò)邊變形等。在這些焊接殘余

3、變形中，角變形和波浪變形屬于結(jié)構(gòu)局部變形，其它的屬于結(jié)構(gòu)整體變形。而平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)最多發(fā)生的是結(jié)構(gòu)整體焊接變形。2.2平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的緣由分析依據(jù)焊接基本原理分析，平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接變形的根本緣由是：焊接時(shí)局部的不勻稱(chēng)加熱和冷卻使結(jié)構(gòu)中各部分金屬熱脹冷縮的程度不同，而焊件結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)整體，各部分金屬的膨脹和收縮因受到了四周金屬的影響、制約，不能自由地進(jìn)行，這樣在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生焊接變形。2.3影響平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的因素2.3.1 焊縫的布置焊縫若沿構(gòu)件截面分布不對(duì)稱(chēng)，則會(huì)引起該構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生彎曲變形。2.3.2 結(jié)構(gòu)剛性焊后焊縫一般都產(chǎn)生縱向和橫向收縮，這種收縮受到整個(gè)結(jié)構(gòu)的限制而產(chǎn)生“收

4、縮力”。對(duì)于剛性大的焊接結(jié)構(gòu)在這種力的作用下產(chǎn)生的變形比較小;而剛性小的焊接結(jié)構(gòu)在這種力的作用下就產(chǎn)生較大的變形。2.3.3裝配和焊接挨次結(jié)構(gòu)的整體剛性總是比它的部件的剛性大，抗變形力量也大。有了合理的裝配挨次還需要有合理的焊接挨次協(xié)作，以掌握變形。2.3.4備料和裝配質(zhì)量備料狀況和裝配質(zhì)量對(duì)焊接變形也會(huì)產(chǎn)生影響。例如，裝配間隙大，焊縫的橫向收縮也大。此外還應(yīng)考慮焊件的自重和外形，對(duì)長(zhǎng)形構(gòu)件，在焊前需恰當(dāng)?shù)丶右灾巍?.3.5焊接參數(shù)在諸多焊接參數(shù)中焊接線(xiàn)能量與焊接變形成正比，焊接線(xiàn)能量越大則焊接時(shí)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)面積越大，焊后的焊接變形越大，反之則越小。打算焊接線(xiàn)能量的因素主要有：焊縫尺寸的

5、大小;焊接的分層方式;焊接的初始溫度;焊縫是否連續(xù)。2.3.6焊接方法對(duì)于相同焊件、相同焊縫，不同的焊接方法，其焊接變形也不同，埋弧焊的焊接變形最大，其次為手弧焊，最小的焊接變形為CO2氣體愛(ài)護(hù)焊。在平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接生產(chǎn)中，不同種類(lèi)的焊接變形往往并不是單獨(dú)消失的，而是同時(shí)消失，相互影響的。只有全面分析影響焊接變形的各種因素，把握其影響規(guī)律，才能實(shí)行合理的措施來(lái)掌握焊接變形。3 掌握平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的設(shè)計(jì)措施平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式多，比較簡(jiǎn)單。假如在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)上考慮得比較周全，留意削減鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，往往比單純從焊接工藝上來(lái)解決問(wèn)題便利得多。在平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)留意以下幾點(diǎn)：

6、3.1盡量削減焊縫的數(shù)量、尺寸鋼結(jié)構(gòu)中焊縫數(shù)量越多、尺寸越大，焊接熱源對(duì)結(jié)構(gòu)的熱輸入就越大，產(chǎn)生的焊接變形也就越大。因此在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造時(shí)，應(yīng)力求削減焊縫數(shù)量和尺寸。3.2合 理選用焊縫的坡口外形和尺寸設(shè)計(jì)平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊縫時(shí)，應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)具有足夠承載力量的條件下，采納適當(dāng)?shù)钠驴谕庑魏统叽?，以削減焊縫截面積及結(jié)構(gòu)的焊接變形。3.3焊縫位置應(yīng)對(duì)稱(chēng)于構(gòu)件截面的中性軸焊縫位置盡可能對(duì)稱(chēng)于構(gòu)件截面的中性軸，或者盡量靠近中性軸，這對(duì)削減梁、柱等一類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)的撓曲變形有良好的效果。3.4避開(kāi)焊縫集中和雙向、三向相交這樣可削減焊縫交叉點(diǎn)處或焊縫集中處的熱量及應(yīng)力，從而削減焊接變形。3.5焊縫位置應(yīng)避開(kāi)高應(yīng)

7、力區(qū)焊縫區(qū)的應(yīng)力越大，則鋼結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單產(chǎn)生焊接變形及焊接裂紋。3.6不同的節(jié)點(diǎn)采納不同的焊接要求例如，焊接組合箱形梁、柱的縱向角焊縫，宜采納全焊透(應(yīng)采納墊板單面焊)或部分焊透的對(duì)接與角接組合焊縫;箱形梁與隔板的焊接，應(yīng)采納全焊透焊縫。4 掌握平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的工藝措施在平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過(guò)程中，依據(jù)不同的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及焊縫形式，實(shí)行適當(dāng)?shù)暮附庸に嚧胧?，?duì)于掌握鋼結(jié)構(gòu)焊接變形也具有特別重要的作用。4.1采納合理的裝配焊接挨次4.1.1應(yīng)將鋼結(jié)構(gòu)盡可能先裝配成整體再焊接這樣可以增大鋼結(jié)構(gòu)焊接時(shí)的剛性，以削減變形。以H型鋼梁為例，先整體裝配再焊接，其焊后的上拱彎曲變形，要比邊裝邊焊挨次所產(chǎn)生的彎曲變形

8、小得多。4.1.2對(duì)稱(chēng)焊縫應(yīng)采納對(duì)稱(chēng)焊接法對(duì)截面外形、焊縫布置勻稱(chēng)對(duì)稱(chēng)的鋼結(jié)構(gòu)件，應(yīng)采納對(duì)稱(chēng)焊接施工。4.1.3不對(duì)稱(chēng)焊縫先焊焊縫少的一側(cè)一般先焊的焊縫由于結(jié)構(gòu)剛度較小易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。因此，對(duì)于不對(duì)稱(chēng)焊縫的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)，后焊焊縫多的一側(cè)。這樣可使后焊的變形足以抵消先焊一側(cè)的變形，以削減結(jié)構(gòu)總體變形。4.1.4采納不同的焊接挨次掌握焊接變形對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)焊縫，在可能的狀況下將連續(xù)焊改成分段焊，并適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)變焊接方向，可使局部焊縫造成的變形適當(dāng)削減或相互抵消，以削減結(jié)構(gòu)總體變形。4.2反變形焊前將平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)裝配成具有與焊接變形方向相反、大小相等的預(yù)先反變形，以抵消結(jié)構(gòu)焊后形成的變形

9、。例如，為了防止H型鋼梁上下翼板焊后產(chǎn)生角變形，可在焊前使用油壓機(jī)或折邊機(jī)將其翼板預(yù)先反向壓彎。4.3剛性固定在沒(méi)有反變形的狀況下，利用外加約束來(lái)固定構(gòu)件，限制其焊接變形。例如，采納裝焊胎卡具等增加鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的剛度，以削減變形。4.4熱平衡法對(duì)于某些焊縫不對(duì)稱(chēng)布置的平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)，焊后往往會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。假如在結(jié)構(gòu)上與焊縫對(duì)稱(chēng)的位置上采納氣體火焰與焊縫同步加熱，只要加熱的工藝參數(shù)選擇適當(dāng)，就可以削減或防止結(jié)構(gòu)彎曲變形。4.5合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)選用熱量集中、熱影響區(qū)較窄的CO2氣體愛(ài)護(hù)焊等焊接方法代替手弧焊、埋弧焊，可削減平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形;選用較小的焊接熱輸入及合適的焊接工藝參數(shù)

10、，可削減鋼結(jié)構(gòu)受熱范圍，從而削減焊接變形。4.6提高平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)板材平整度和構(gòu)件組裝精度對(duì)于較長(zhǎng)平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的扭曲，主要靠提高鋼結(jié)構(gòu)板材平整度和構(gòu)件組裝精度，來(lái)使坡口角度和間隙精確，電弧的指向?qū)χ芯_，以使焊縫角變形和翼板及腹板縱向變形值與鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向全都，以削減鋼結(jié)構(gòu)的扭曲變形。4.7預(yù)拉伸法采納機(jī)械預(yù)拉伸、加熱預(yù)拉伸或兩法同時(shí)使用的預(yù)拉伸，可使薄板鋼結(jié)構(gòu)預(yù)先得到拉伸而伸長(zhǎng)。這時(shí)在張緊的薄板結(jié)構(gòu)上裝焊骨架，就可有效地防止波浪變形。5 掌握平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的焊接施工管理措施要掌握平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形，還必需從以下三個(gè)方面實(shí)行相應(yīng)的焊接施工管理措施：5.1企業(yè)資質(zhì)平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)工程焊接制作與安裝單位應(yīng)具有船級(jí)社認(rèn)可的企業(yè)資質(zhì)、焊接質(zhì)量管理體系、平臺(tái)焊接施工閱歷等條件。5.2焊接工藝及人員資質(zhì)在開(kāi)工建筑前，焊接工藝應(yīng)經(jīng)船級(jí)社批準(zhǔn)。焊接人員(包括焊接工程師、無(wú)損檢測(cè)人員、焊工、切割人員等)，必需經(jīng)過(guò)特地技術(shù)培訓(xùn)，取得相應(yīng)資格證書(shū)，并應(yīng)具有肯定焊接實(shí)踐閱歷和技術(shù)水平，方能持證上 崗。5.3嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝和焊接檢驗(yàn)程序平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接人員應(yīng)加強(qiáng)責(zé)任心，依據(jù)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖樣和焊接工藝中的規(guī)定細(xì)心組織和施焊;焊接質(zhì)量檢驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)批準(zhǔn)的檢驗(yàn)程序和標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格把關(guān)，以確保平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的整體焊接質(zhì)量。6 結(jié)論