利用焊接變形原理控制儲(chǔ)罐焊接變形的措施

1、利用焊接變形原理控制儲(chǔ)罐焊接變形的措施 滕小紅(湖南省工業(yè)設(shè)備安裝公司 株洲 412000提 要 鋼制儲(chǔ)罐現(xiàn)場安裝時(shí) , 無論是正裝法施工還是倒裝法施工 , 焊接變形的控制是其 關(guān)鍵點(diǎn) 。 本文利用焊接變形的原理 , 并從焊接大工藝范疇 , 即切割下料 、 成形 、 焊接等工序 較系統(tǒng)地論述控制儲(chǔ)罐焊接變形的工藝措施 。關(guān)鍵詞 焊接變形原理 鋼制儲(chǔ)罐 焊接變形 焊接工藝 反變形1 設(shè)計(jì)措施1. 1 合理地選擇焊縫的尺寸和形式焊縫尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變形的大小。設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用較小的焊縫尺寸 , 但不是說焊縫尺寸越小越好 , 如尺寸太小 , 冷卻速度過快 , 容易產(chǎn)生一系列焊接缺陷 ,

2、如裂紋、 熱影響區(qū)硬度過高等。因此 , 應(yīng)在保證焊接質(zhì)量前提下 , 按板的厚度來選取工藝和規(guī)范上可能的最小焊縫尺寸。低合金鋼因?qū)鋮s速度敏感 , 在同樣厚度條件下 , 最小焊腳尺寸應(yīng)比低碳鋼的焊腳尺寸更大一些。采用開坡口的焊縫比不開坡口的焊縫所需的填充金屬少 , 有利于控制焊接變形。1. 2 盡可能減少不必要的焊縫從編制材料計(jì)劃時(shí)就應(yīng)考慮到儲(chǔ)罐每 一塊底板、 壁板、 頂板的適宜寬度和長度 , 力求拼接的焊縫數(shù)最少 , 避免不必要的焊縫。下料時(shí)還應(yīng)考慮人孔、管孔等的開孔位置 , 盡量避開其它焊縫 , 如無法避開時(shí) , 應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)范 , 以減少焊接變形及 應(yīng)力。1. 3 合理地安排焊

3、縫的位置設(shè)計(jì)焊縫時(shí) , 焊縫應(yīng)盡可能地對稱分布 , 這樣可 以避免因焊縫不對稱中性軸 , 而有可能使焊縫所引 起的各種變形不能相互抵消 , 并產(chǎn)生較大的殘余變 形和殘余應(yīng)力。2 焊接工藝措施2. 1 反變形法 開管孔或人孔時(shí) , 為了防止孔口位置焊后塌陷 , 焊前 將孔口或支承座周圍的殼壁向外頂出 , 然后再施焊。 這樣做不但可以防止殼體變形 , 而且還可以減少焊 接殘余應(yīng)力 , 保證鋼結(jié)構(gòu)尺寸的精確度。2. 2 剛性固定法在焊接鋼制儲(chǔ)罐的底板、 頂板時(shí) , 在焊縫兩側(cè)用 夾具壓緊、 固定 , 可以防止波浪變形 , 固定的位置應(yīng) 盡量接近焊縫。壓力必須均勻 , 其大小隨板厚增加 而增大?？倝毫?/p>

4、 P =2 s , 式中 : 為板厚 , mm; L 為板長 , mm; s 為材料的屈服極限 , MPa 。保持較高的均勻壓力 , 既可以防止構(gòu)件移動(dòng) , 又 可以使夾具均勻可靠地導(dǎo)熱 , 限制構(gòu)件高溫區(qū)域的 寬度 , 從而減少焊后變形。焊接底板時(shí) , 因現(xiàn)場條件的限制 , 一般可采用定 位角鐵與元鐵鍥相結(jié)合 , 將兩條長板裝配好 , 再在長 焊縫附近兩側(cè)各 5080mm 處各壓一條槽鋼 , 并均 勻地在槽鋼上壓一定質(zhì)量的鋼管 , 如圖 1所示。圖 1 現(xiàn)場固定裝置剖面圖1. 鋼管 2. 支 架 3. 槽鋼 4. 構(gòu)件 5. 元鐵 鍥 6. 角鐵17第 3期 滕小紅 :利用焊接變形原理控制儲(chǔ)

5、罐焊接變形的措施在焊接某一條縫時(shí) , 與其最臨近的另外兩條縫 的定位角鐵及元鐵鍥不應(yīng)緊固得太緊 , 應(yīng)盡量使兩 焊接板的其它部分處于自由收縮狀態(tài)。在焊接頂板時(shí) , 一般在焊縫的兩側(cè)點(diǎn)固角鐵以 防止其波浪變形。2. 3 合理地選擇焊接方法和規(guī)范選用線能量較低的焊接方法 , 每條焊縫一般分 23層施焊完 , 這樣每層可以采用小線能量 , 從而 減少焊接變形。層數(shù)太多 , 增大了焊縫的角變形及 橫向收縮變形 , 太 少增加了焊縫的 縱向收縮變形。 選用 C O 2半自動(dòng)焊代替手工電弧焊 , 不但可以提高 工作效率 , 而且還可以減少焊接變形。 2. 4 選擇合理的裝配焊接順序2. 4. 1儲(chǔ)罐的總裝

6、順序?yàn)榭刂坪附幼冃蔚臍堄鄳?yīng)力 , 一般應(yīng)盡量使焊 縫能自由地收縮 , 先焊收縮量比較大和工作時(shí)受力 較大的焊縫。儲(chǔ)罐正裝法的總裝順序?yàn)榈装逯胁堪搴附?邊 板與罐壁接觸部分的邊板對接焊縫 第一圈壁板立 焊縫 邊板與壁板的環(huán)焊縫 壁板組裝焊接 角鐵 圈與壁板內(nèi)縫部分?jǐn)嗬m(xù)焊 罐頂龍骨架及罐頂組焊 邊板中未焊部分的對接縫 邊板與中部板 的連 接。儲(chǔ)罐倒裝法的總裝順序?yàn)?:底板中部板焊接 邊板與罐壁接觸部分的邊板對接焊縫 最高圈壁板 的組焊 角鐵圈與壁板部分?jǐn)嗬m(xù)焊 罐頂龍骨架及 罐頂組焊 壁板組裝焊接 邊板與壁板的環(huán)焊縫 邊板中未焊部分的對接縫 邊板與中部板的連接。 2. 4. 2中部板裝配焊接順序焊接

7、中部板時(shí) , 從中心向兩端先焊接短焊縫 , 使 鋼板連成長條板 (暫不與邊板焊接 , 焊短縫時(shí)也可 以分段對稱退焊或跳焊 , 如圖 2所示。然后再焊接 長條間的焊縫 , 次序也是由中心向外側(cè)焊接 , 并對稱 地分段退焊或?qū)ΨQ地分段跳焊 , 如圖 3所示。焊長 縫 時(shí) , 一般應(yīng)采用隔條 焊接 , 其 焊接順序如圖 4所 示。圖 2 中部板短 板接長焊接順序2. 4. 3底板邊緣板的焊接順序先把邊板與罐壁接觸部分的焊縫焊好 , 其焊接 長度為 80100mm 。等底板與壁板的雙面角焊縫 焊完后 , 再焊邊板外側(cè)未焊的焊縫 , 然后焊邊板內(nèi)側(cè) 未焊的焊縫。邊板對接縫的焊縫順序同圖 2相似 , 邊板

8、連接的裝配焊接順序同圖 4相似 , 而且是沿同 一方向?qū)ΨQ組裝施焊。圖 3 中部板長條長縫焊接順序焊底板與壁板的角焊縫時(shí) , 考慮到以后環(huán)向、 縱 向焊縫的收縮 , 裝配時(shí)一般按 1/1000的比例向外傾 斜或垂直組裝后先焊儲(chǔ)罐外側(cè)的角焊縫 , 后焊內(nèi)側(cè) 的角焊縫 , 而且內(nèi)外焊相差的距離在 200400mm 。 施焊時(shí) , 焊工成對稱分布 , 按同一方向旋轉(zhuǎn) , 分段退 焊或分段跳焊。圖 4 中部板長縫裝配焊接順序2. 5 壁板的組裝焊接工藝 (本刊略 3 其它工藝措施3. 1 設(shè)置焊接收縮變形余量由于焊接縱、 橫向收縮的存在 , 儲(chǔ)罐焊后的半徑 會(huì)減少 , 底板、 壁板的長度和寬度將會(huì)縮減

9、。因此 , 配料時(shí)可以采取估算并預(yù)先放收縮余量的辦法加以 處理 , 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下規(guī)律 :儲(chǔ)罐邊板與壁板的 雙角環(huán)焊縫的收縮率一般在 1/10001. 5/1000, 第 一圈板的長度 L 為設(shè)計(jì)半徑的圓周長加上焊接收縮量的長度 , 即 :L =2 R +2 R /1000: 18安 裝 2000年 6月式中 :L 為第一圈板總長度加焊縫間隙的總和 ; R 為設(shè)計(jì)半徑 ; 為第一圈板的厚度。當(dāng) 環(huán)境溫度為 20 以下時(shí) , 收縮率 以 1/1000估算 ; 當(dāng)環(huán)境溫 度為 30 以 上時(shí) , 收縮率 以 1. 5/1000估算。一般地 , 第一圈板焊后半徑的收縮量不 會(huì)超過 20m m 。

10、因 此 , 配 料時(shí)按 設(shè)計(jì) 半徑 放大 20mm 。3. 2 用定位線法控制立縫和環(huán)縫間隙壁板下料時(shí) , 不僅要考慮焊接收縮變形余量 , 而 且還要考慮到裝配的快捷、 精確。因此 , 在下料時(shí)采 用定位線法來控制立縫和環(huán)縫的裝配間隙。如圖 5所示 , 它就是壁板尺寸修正到標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)范允許范圍后 的定位線制作圖。圖 5 下料時(shí) 定位線制作圖圖 6是壁板組裝示意圖。如環(huán)縫、 立縫間隙分 別為 S 1、 S 2, 則裝配時(shí)壁板環(huán)縫控制線之間 的距離 為 100+S 1, 壁板立縫控 制線之間的 距離為 100+S 2, 這樣可以避免下料時(shí)產(chǎn)生的誤差、 裝配時(shí)產(chǎn)生的 誤差、 制配坡口時(shí)產(chǎn)生的誤差相互

11、疊加形成更大的 累積誤差?？刂凭€定位法可以消除裝配時(shí)產(chǎn)生的誤 差和制配坡口時(shí)產(chǎn)生的誤差。圖 6 壁板定位 線控制法示意圖3. 3 采用必要的焊接夾具在組對底板、 壁板對接縫時(shí) , 采用鋼板對接口卡 具進(jìn)行裝配 , 既可以提高裝配精確度 , 又可以提高生 產(chǎn)率。圖 7所示的是根據(jù)現(xiàn)場條件研制而成的一套 裝配卡具 , 這套卡具既可以應(yīng)用于定位線控制裝配 , 又可以方便地調(diào)節(jié)其裝配間隙。為保證第一圈壁板 的垂直度 , 在裝配第一圈壁板與底板邊板時(shí) , 采用了 如圖 7(b 所示的角鋼裝配卡具。 , 產(chǎn)生失穩(wěn)變形。采用圓形拱胎緊貼壁板 , 增大了剛 性 , 可以減少焊接變形。1. 元鐵楔 2. 組字板

12、 3. 方鐵 4. 擋鐵 5. 鐵楔 6. 墊板(a 對接口裝配卡具示意圖(b 第一圈壁板與罐底裝配用角鋼卡具 圖 7 根據(jù)現(xiàn)場條件研制的裝配卡具3. 4 支撐桿的設(shè)置19第 3期 滕小紅 :利用焊接變形原理控制儲(chǔ)罐焊接變形的措施安裝第一圈壁板時(shí) , 為使第一圈壁板能更合適 地達(dá)到垂直度 , 可用金屬支撐桿固定之。支撐的一 端與第一圈板焊接固定 , 另一端與底板邊板焊接固 定 , 如圖 8所示。切不可將支撐撐到底板的中心部 分 , 因支撐支到底板中心部分則底板易變形。也因 為這樣 , 還阻礙了第一圈壁板與底板的環(huán)形焊縫焊 后的收縮 , 增大了焊后的內(nèi)應(yīng)力 , 有可能導(dǎo)致底板與 壁板產(chǎn)生更大的波

13、浪變形。圖 8 支 撐設(shè)置圖總之 , 利用焊接變形和焊接應(yīng)力的形成機(jī)理及 變化規(guī)律 , 在裝配焊接如儲(chǔ)罐這類焊接變形情況比 較復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)時(shí) , 把結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)胤殖蓭讉€(gè)部件 , 分 別加以裝配焊接 , 然后再將這些焊好的部件拼焊成 一個(gè)整體。這樣可以使那些不對稱的或收縮力較大 的焊縫能自由地收縮 , 而不影響整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)采 用適當(dāng)?shù)难b配焊接順序 , 不但有利于控制結(jié)構(gòu)的焊 接變形和焊接內(nèi)應(yīng)力 , 而且還可以擴(kuò)大作業(yè)面 , 為縮 短生產(chǎn)周期 , 提高生產(chǎn)率創(chuàng)造了很好條件。 利用 這 些 原 理 及 相 應(yīng) 的 工 藝 措 施 , 無 論 是 25000m 3的雙壁低溫冷罐 , 還是 500050

14、000m 3的 儲(chǔ)罐 , 其底板不平度、 罐壁垂直 度和壁板表面 凸凹 度、 罐體的圓柱度及罐體的半徑等參數(shù)的實(shí)際誤差 , 都控制在標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)范允許誤差的 1/31/4范圍內(nèi)。參考文獻(xiàn)1田錫唐 . 焊接結(jié)構(gòu) . 哈爾濱工業(yè)大學(xué) . 機(jī)械工業(yè) 出版社 , 1989年2田 錫唐 . 焊接手冊 第三卷 . 焊接結(jié)構(gòu) . 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊 接 學(xué)會(huì) . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1992年3曾 樂 . 現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊 . 上海科學(xué)技術(shù)出版社 , 1993年 4姚秀珍等 . 水輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座工地 裝焊工藝 . 哈爾濱電 機(jī)有限公司 . 焊接 , 1999年5崔陸河等 . N-TuF490鋼制球罐的焊接

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