水箱制作焊接工藝及變形控制

水箱制作焊接工藝及變形控制水箱制作焊接工藝及變形控制水箱制作焊接工藝及變形控制V:1.0精細整理，僅供參考水箱制作焊接工藝及變形控制日期：20xx年X月3600m3水箱制作焊接工藝及變形控制吳新章劉增文(遼寧省大連市紅沿河鎮(zhèn)河北電建一公司核電項目部；郵編：116319)摘要：本文以3600m3水箱制作安裝過程為實例，分析了水箱安裝變形控制的難點．提出了變形控制和矯正變形的方法和措施，闡述了永箱焊接和防控變形措施的應用。為同類施工活動提供參考和指導。關鍵詞：水箱安裝；變形控制；矯正變形O引言某核電站一期BOP海水淡化工程安裝制作13個除鹽水水箱，有容量200m3、800m3、1500m3、3600m3四種規(guī)格。該類水箱為薄擘鋼結構大型容器，制作安裝過程中防變形控制是安裝焊接質量工作控制的重點。現(xiàn)以3600m3水箱為例闡明焊接防變形措施的應用。3600m3水箱直徑D為16．1m，高度h=19m，箱底壁厚§=12mm，箱壁壁厚1層§=16mm，2、3層§=14mm，4層§=12mm，5、6層§=10mm，7、8層§=8mm，9、10、11層§=6mm，材質Q235一B；箱頂采用鋼板拼接的錐形結構，底板中間采用長方形中幅板與異形中緣板拼接，外部接弓形邊緣板，壁板各層用長方形鋼板焊接，層與層之間環(huán)形焊縫焊接。焊接是水箱成形的唯一連接方式，也是保證水箱安裝質量的關鍵特殊工藝。1水箱安裝變形控制難點分析在水箱安裝焊接過稃中，最常見也是最難克服的問題就是變形。變形的產(chǎn)生影響水箱的內部質量，觀感質量，使用性能，甚至導致安裝活動無法持續(xù)進行。水箱底板焊縫多，焊接接頭形式多，容易產(chǎn)生熱輸入不均衡，導致底板波浪變形或邊緣弧度和平整度差，壁板縱向焊縫多，橫向環(huán)焊縫長，容易產(chǎn)生收縮變形，導致錯邊、錯位等變形，影響圓周度。整體考慮水箱安裝焊接過程，導致產(chǎn)生變形的主要環(huán)節(jié)有板材下料、坡口設計、焊縫布局、定位焊、剛性固定、焊接工藝選擇、焊接順序和焊接控制。水箱由厚度不等的鋼板組合而成，板塊數(shù)量多，形狀和接頭形式復雜。板材下料必須采取科學的編號，準確的尺寸；坡口截面的設計直接影響到焊材使用量和焊接熱輸入量；焊縫布局確定箱體的變形位置；定位焊是水箱構架的首要環(huán)節(jié)；剛性固定是外加拘束力控制變形范圍的有效措施；焊接工藝選擇對焊接熱輸入進行源頭控制；焊接順序是通體考慮水箱變形，合理進行安裝的整體思路；焊接控制是過程控制具體操作的可行方法。2水箱變形控制策劃和實施2．1板材下料該環(huán)節(jié)主要是鋼板的放樣和下料切割。放樣時量線務必準確、清晰，根據(jù)板材的具體情況按設計劃線，并依據(jù)工藝要求預留加工余量及焊接收縮余量，對切割好的料板進行編號。安裝焊接過程中不均勻的加熱和冷卻，作用在板材和結構上，表現(xiàn)出受力狀態(tài)和形狀上的效應必然會產(chǎn)生焊接應力和焊接變形，放線環(huán)節(jié)應盡量準確的預測和預留焊接收縮量。水箱焊接以線性焊縫為主，放樣時主要考慮線收縮變形即縱向收縮變形和橫向收縮變形。橫向收縮和板厚有關，§≤6姍的板材焊接橫向預留1mm的收縮量，§≤16姍的板材焊接橫向預留～姍的收縮量，由于板材大多焊縫較長，縱向收縮變形也應著重考慮。Q235鋼材為低碳鋼，縱向收縮變形可參照下表l。表1低碳鋼縱向變形近似值(mm/m)對接焊縫連續(xù)角焊縫間斷角焊縫接頭形式和坡口設計X形坡口和V形坡口相比，可以減少近二分之一的焊材用鼉，同時減少熱輸入總量，減小內應力，有利于變形控制，保證焊接質量，降低焊接成本。在坡口設計方面，考慮到板材厚度和坡口制作難度，6<10mm的壁板焊接采用V形坡口接頭截面，§≥10mm的擘板焊接采用X形坡口接頭截面?？紤]到安裝次序和結構強度要求，水箱頂板和底板中幅板、中緣板和外緣板、頂板和筒擘、筒擘和底板之間設計為角接形式。角焊縫產(chǎn)生角變形和收縮變形，在不影響結構承載能力的前提下，如頂板焊接的角焊縫，應盡量選取較小的焊腳尺寸。2．3焊縫布局焊縫的對稱分布有利于焊接應力的相互抵消和焊接變形均勻分布。該水箱采用的總體布局為：底板中間板拼接以減少焊縫為原則短焊縫(板寬位置)均勻錯開分布，長焊縫(板長位置)圍繞軸心方向對稱分布，外緣板焊縫同樣圍繞軸心方向均勻分布，中緣板和外緣板采用角接頭形式；壁板縱向焊縫沿同一方向逐圈錯開，錯開間距為板長的l/3，且不小于300mm，層與層之間通過橫向環(huán)焊縫連接；頂板焊縫圍繞軸心方向均勻分布。2．4定位焊按照擬定的焊縫布局和組裝順序，在組裝過程中先進行點固和定位焊，使安裝組對坡口尺寸符合標準要求，整體把握安裝的可行性和精度，這樣既能按照原則控制變形，又能擴大作業(yè)面，縮短生產(chǎn)周期。定位焊縫應有足夠的強度，定位焊縫的長度和間距參照下表2。表2定位焊縫長度和間距(mm)板厚定位焊縫長度定位焊縫間距2～612～2070～200>620～50200～500剛性固定剛性固定是焊接過程中采用臨時固定措施，加強構件剛性，待焊接完全冷卻后，去除固定設施，這樣可以比焊件自由狀態(tài)下的變形量小40％～70％。應該注意的是剛性固定只能減小變形，不能消除變形，撤銷外加拘束后，拘束應力去除，殘余應力將重新分布。此方法防止角變形和波浪變形還是較顯著的。水箱為大容積薄板鋼結構，焊前采用剛性固定可以很大程度上防止變形過量產(chǎn)生安裝錯口、錯邊等問題。水箱焊接前采用槽鋼和門形板對焊縫坡口進行剛性固定，槽鋼沿縱向焊縫方向點固布置，以減少焊縫的瞬間縱向收縮變形，門形板在焊縫兩側每500mm點固一個，以減小焊縫的橫向收縮變形和角變形。焊接工藝的選擇焊接方法小的熱輸入量是焊接整體過程考慮的根本性問題。CO2氣體保護焊和手工電弧焊相比較，能量集中，焊接熱影響區(qū)小，變形和裂紋傾向小，焊接速度快。無論是小的熱輸入量要求還是提高功效的要求都較后者優(yōu)越。該水箱主體采用半自動CO2：氣體保護焊，特殊位置和結構復雜的短小焊縫采用手工電弧焊。橫向環(huán)焊縫采用多人對稱焊，分段退焊，安裝過程中的長焊縫同樣采用分段退焊工藝。多人對稱焊接足使整條縱向焊縫均勻受熱，焊縫兩側承載的橫向收縮應力均衡產(chǎn)生，收縮量值相同的情況下，避免或減小錯邊等變形缺陷。分段退焊細化產(chǎn)生變形量的焊縫單元，退焊工藝運條方向和焊縫進展的總體方向相反，縱向收縮量依次抵消，整體上減小變形量。2．6．2焊接參數(shù)水箱焊接C02氣體保護焊采用小直徑焊絲、小電流、不擺動的多層多道焊。參照公司工藝評定，確定工藝參數(shù)參見下表3。表3焊接工藝參數(shù)焊絲牌號焊絲直徑(mm)保護氣體極性電流(A)電壓(V)焊接速度(mm／min)層間溫度(℃)JM．56C02直流反110-15020-30130-180≤3002．7焊接順序底板焊接先焊邊緣板對接焊縫，然后進行中幅板的短焊縫焊接，由中心向四周對稱焊接，使焊接應力均勻向外擴散，焊完短焊縫之后焊長焊縫，組合完中幅板之后，將底板外緣板與壁板焊接，這樣保證安裝精度的同時，也能減小變形；最后焊接中緣板和外緣板焊縫。壁板焊接，先焊縱向短焊縫，再焊橫向環(huán)焊縫。水箱壁板橫向環(huán)焊縫采用對稱焊、分段退焊、跳焊焊接工藝，底板和底板的焊縫同樣采用分段退焊工藝，以環(huán)焊縫為例說明工藝的應用。2．8焊接控制對X型坡口對接焊縫，在進行背部焊接時，若焊縫根部不能保證熔透，則在焊接前，先進行清根處理，清根可使用角磨機、電磨頭等進行機械打磨，清根時要使焊縫露出金屬光澤為止。為了減少焊接應力變形，先焊接短焊縫(縱焊縫)后焊接長焊縫，且相鄰焊接接頭的間距不得小于200mm。多層焊第一層收縮量最大，以后依次遞減，對首層焊接要嚴格控制。進行多層焊接時，焊接接頭向同一方向錯開，其間距為板長的1／3，且不得小于500mm。每層焊完后要認真進行層道間飛濺清理，避免層間缺陷的產(chǎn)生。焊縫待打底焊接全部完成后，再進行次層的焊接，嚴禁同一層未全部焊接完成，就進行次層的焊接。焊接過程中嚴格控制層問溫度，保證層間溫度不大于300℃。焊后對焊道迅速均勻的錘擊，使焊縫金屬產(chǎn)生塑形變形，即可減小焊接變形，也可減小焊接應力。用扁長圓頭的錘子依次錘擊，力量要適中，根部焊道不能錘擊以免導致裂紋，蓋面焊道不能錘擊以免影響美觀。3水箱的矯變形措施變形控制以防范為主，但足焊接過程是一種瞬時的加熱和冷卻過程，因為結構復雜或人員操作手法不能達到一致，有可能產(chǎn)生超出標準范圍的變形最。矯變形措施主要采取機械矯正和熱矯正兩種。機械矯正綜合采用千斤項校正法和錘擊法。千斤頂校正法足根據(jù)變形區(qū)域的凸凹面，利用3點彎曲原理，用千斤項(千斤頂頂端部墊木板)頂住需要校正的部位，進行校正。錘擊法足使用錘擊敲擊焊縫(避免直接敲擊可加墊方木)，延展焊縫及其周嗣壓縮顰性變形區(qū)域的金屬，達到消除焊接應力、變形的目的。使用錘擊法嚴格控制局部凹坑變形。水箱變形熱矯正采用火焰加熱校正，加熱前應去除加熱表面的油漆、油污、氧化物和雜質；用氧乙炔火焰加熱產(chǎn)生變形的區(qū)域，火焰須在加熱面不停的移動，使部件均勻受熱，加熱溫度不應超過700℃，加熱溫度用紅外線測溫儀控制。加熱時根據(jù)不同的變形量，控制加熱區(qū)的大小和加熱溫度，以防校正過量和過燒。4結論通過以上變形控制措施的應用，3600m3水箱制作過程順利開展，沒有發(fā)生因為變形量過大造成的安裝困難，制作完成后各項驗收指標均達到并高于標準要求，通過合理的組織，節(jié)省了鋼材和焊材用量，提升了工作效率和經(jīng)濟效益。科學的防控變形措施值得同類施工活動的推廣和應用。參考文獻：[1]朱僚輝，焊接件變形的結構和工藝分析[J]職