文/張玉福

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氣柜底板焊接變形的控制

文/張玉福

中國(guó)石油撫順石化公司

氣柜底板面積大、板材薄、焊縫多，焊后極易產(chǎn)生焊接變形，影響氣柜的質(zhì)量及將來(lái)的正常運(yùn)行。施工中采用合理的施工方法和順序，對(duì)焊接變形進(jìn)行控制，對(duì)氣柜的質(zhì)量及將來(lái)的正常使用和運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

氣柜底板；焊接變形；控制

中國(guó)石油煉化企業(yè)天然氣利用改造工程3萬(wàn)立干式儲(chǔ)氣柜制作安裝工程，氣柜柜體直徑34.377米，柜體總高為46.263米，總重約為710噸，氣柜由底板、活塞板、壁板立柱、柜頂板、T圍欄、調(diào)平裝置、密封膜等部件組成。氣柜的底板板厚為4.5毫米、6毫米，底板面積為932.02平方米，氣柜底板面積大、板材薄、焊縫多，焊后極易產(chǎn)生波浪變形。因此在組對(duì)和焊接過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題是控制焊接變形的產(chǎn)生。

氣柜底板焊縫形式主要為對(duì)接和搭接。焊后主要產(chǎn)生橫向收縮和縱向收縮以及失穩(wěn)翹曲變形，如圖1、2、3所示。以上三種變形共同作用即產(chǎn)生常見(jiàn)的氣柜底板焊后的波浪變形。

圖1 焊接橫向收縮

圖2 焊接縱向收縮

圖3焊接失穩(wěn)翹曲變形

1 氣柜底板組對(duì)形式

氣柜底板由中幅板和內(nèi)、外環(huán)板組成。中幅板和內(nèi)環(huán)板板厚為δ=4.5毫米，外環(huán)板板厚為δ=6毫米。鋼板材質(zhì)均為Q235-B。中幅板之間、內(nèi)環(huán)板之間為搭接，外環(huán)板之間為對(duì)接，中幅板與內(nèi)環(huán)板、內(nèi)環(huán)板與外環(huán)板之間為搭接。氣柜基礎(chǔ)為起拱型。氣柜底板焊接排版圖及底板與基礎(chǔ)

2 氣柜底板焊接變形產(chǎn)生的原因

氣柜底板焊接受熱產(chǎn)生變形。氣柜底板板材薄、面積大、焊縫多。焊接過(guò)程受熱極易產(chǎn)生波浪變形。

焊接過(guò)程實(shí)質(zhì)上是板材的不均勻加熱和冷卻過(guò)程，焊件上距熔池中心遠(yuǎn)近不同的各點(diǎn)的溫度是不同的，且各點(diǎn)的溫度每一瞬間都在變化。焊接時(shí)焊縫及其附近金屬的溫度較高，要發(fā)生較大的熱膨脹，但又要受到周?chē)鷾囟容^低金屬的約束，所以焊接加熱時(shí)，焊縫及其附近金屬受到壓應(yīng)力而周?chē)鷾囟容^低的金屬受到拉應(yīng)力。鋼板被加熱時(shí)，隨著溫度的升高，其屈服點(diǎn)會(huì)下降，這樣焊接高溫區(qū)的金屬所受到的壓應(yīng)力往往會(huì)超過(guò)材料的屈服點(diǎn)而產(chǎn)生壓縮塑變形。焊縫金屬冷卻收縮時(shí)，產(chǎn)生壓縮塑性變形的部分就會(huì)出現(xiàn)小于原來(lái)尺寸的縮短現(xiàn)象。焊件的橫向和縱向縮短就造成了焊件焊后的各種變形。同時(shí)，發(fā)生縮短變形的金屬要受到周?chē)鷾囟容^低處變形較小的金屬約束、阻礙其縮短，致使焊縫及其附近金屬受到拉應(yīng)力而周?chē)慕饘偈艿綁簯?yīng)力。這樣就產(chǎn)生了焊接應(yīng)力和變形。

焊接結(jié)束后存在于鋼板中的應(yīng)力，一般情況下在焊縫附近是拉壓力，離開(kāi)焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力。在壓應(yīng)力的作用下，由于氣柜底板面積大，薄板失穩(wěn)，產(chǎn)生波浪變形。

3 氣柜底板焊接變形的防止措施

3.1采用變形較小的焊接方法

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊效率高、成本底，適宜薄板焊接，在一定的焊接參數(shù)下，可進(jìn)行全位置焊接，熔敷效率高，焊后變形小。氣柜所有焊縫均采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接?？蓮暮附臃椒ㄉ嫌行p小焊接變形。

3.2采用剛性固定法

底板組對(duì)采用剛性固定的方法，在底板焊口兩側(cè)組對(duì)時(shí)加背杠和楔子。

3.3 合理的選擇焊接工藝參數(shù)

焊接時(shí)焊接線能量越大，產(chǎn)生的焊接變形也越大，焊接過(guò)程中應(yīng)盡可能采用小電流快速焊，減小焊接電弧的熱輸入量，使熱影響區(qū)域范圍減少，從而減小焊接變形。

3.4 合理選擇焊接順序

3.4.1以底板中幅板為十字中心線，按十字中心線將底板分成四塊，各自焊接，焊完后再焊十字中心線。

3.4.2先焊短焊縫，后焊長(zhǎng)焊縫。先焊焊縫編號(hào)為1的焊縫，使底板在長(zhǎng)度方向自由收縮成為整體長(zhǎng)條，然后再將標(biāo)注為A的板焊接為一個(gè)整體，再將標(biāo)注為B的板與標(biāo)注為A的板焊接為一個(gè)整體，以此類(lèi)推。

3.4.3中幅板和內(nèi)環(huán)板之間的焊縫，可由數(shù)名焊工均布對(duì)稱(chēng)施焊，并可同時(shí)進(jìn)行。

4.4.4內(nèi)環(huán)板與外環(huán)板的搭接焊縫暫時(shí)不焊，留待底層壁板與內(nèi)環(huán)板T型角焊縫施焊完畢后再進(jìn)行焊接。

3.4.5底板焊縫由內(nèi)向外施焊。兩塊板相焊，焊縫會(huì)產(chǎn)生橫向收縮和縱向收縮，內(nèi)部是封閉部位，外部屬自由端（越往外越明顯），由內(nèi)向外可使焊縫的橫、縱焊縫自由收縮；反之，若先焊外，自由端被固定，在焊內(nèi)部時(shí)，焊縫的橫、縱向收縮都會(huì)受到限制，因而產(chǎn)生較大應(yīng)力，從而產(chǎn)生較大變形。

會(huì)引起變形，且越往外越明顯，這是因?yàn)閮蓚?cè)的應(yīng)力相等而又有足夠的寬度，不會(huì)使中心板產(chǎn)生3.5適當(dāng)改變焊接方向，焊接過(guò)程采用分段退焊或分段跳焊法。

分段焊可以減少焊接熱輸入，控制焊接變形。將長(zhǎng)焊縫變?yōu)槎毯缚p，多人同時(shí)施焊，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率。分段退焊中應(yīng)盡可能保持施焊過(guò)程的連續(xù)性，分段而連續(xù)進(jìn)行。

分段退焊主要是縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差，從而減少焊接變形；同時(shí)由于頭尾相接的焊接順序，前一段焊縫剛冷卻下來(lái)，后一段焊縫的熱量就會(huì)給前一段一部分，使其得到一次退火的機(jī)會(huì)，同時(shí)減小了前后的溫差。

3.6采用錘擊焊縫的方法

焊接過(guò)程中每焊一道焊縫都必須用扁長(zhǎng)圓頭錘子，沿焊接方向依次錘擊，力量要適中，使焊縫周?chē)?毫米范圍內(nèi)受到影響。錘擊焊縫2-3遍。樣可以使焊縫金屬得到延伸，減少殘余應(yīng)力，從而降低焊接內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到減少變形的目的。錘擊應(yīng)保持均勻、適當(dāng)。錘擊應(yīng)在焊后立即實(shí)施。

3.7焊前預(yù)熱

焊接時(shí)的溫差是產(chǎn)生焊接變形的根本原因。因此，盡量縮小焊縫與母材之間的溫差，使殘余應(yīng)力變小，焊接變形也就變小。另外，通過(guò)預(yù)熱還可以排除焊縫區(qū)的水蒸氣，減少了氣孔和氫裂產(chǎn)生的可能性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上方法的應(yīng)用，有效的避免了3萬(wàn)立干式儲(chǔ)氣柜底板的焊接變形問(wèn)題。為以后大面積薄板焊接變形問(wèn)題以及氣柜底板的施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社,2002.