大型煤气柜地板焊接变形的控制

1大型煤气柜地板焊接变形的控制摘要:本文主要阐述了煤气柜底板焊接变形的原因，通过分析，采用合理的装焊顺序，并且用反变形法、分段逆向跳焊法等一些技术方法，减小了底板的变形。关键词:大底板，拼接，焊接变形，控制1、引言煤气柜作为钢铁企业重要的设施之一,在贮存煤气、调节煤气管网压力、合理使用能源、减少环境污染等方面发挥着重要作用。煤气柜柜体材质为碳素钢和低合金钢（Q235B）。煤气柜底板由中心板、边环板和壁板组成，中心板厚度约为6mm。设计要求柜底板焊缝平整、光滑、严密。但在制作安装煤气柜底板时，由于组装和焊接方面的原因，煤气柜中心板易发生中间向上凸起，结果导致中心板产生波浪变形；在装焊边环板时，边环板易产生角变形，将影响中心板和边环板的组装；最后装焊壁板，壁板易产生收缩变形，将影响壁板和边环板的装焊，最终给后面的工作带来麻烦。资料显示，煤气底板一旦发生较大的凸起和变形，其修正作业不但困难费时，而且影响进度和质量。因此优良的焊缝质量是确保煤气柜密闭性和安全运行的重要因素。本文经过对底板变形的分析，采用了一些工艺措施控制了煤气底板的凸起和变形。2、煤气柜底板焊接变形分析煤气柜底板由中心板.边环板和壁板组成。如图1由于煤气柜底板的中心板易产生横向收缩变形和纵向收缩变形，将导致中心板向上拱起，这是柜底板焊接过程中经常出现的问题。如图1底板结构示图2.1纵向收缩变形的分析2在焊接时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，在焊缝方向上发生收缩，产生了压缩塑性变形。在焊接柜底板时，底板焊缝多而且长，焊缝熔敷金属随截面积的增加而增加，随着焊件截面积的减少而减少。2.2横向收缩变形的分析底板焊接后在垂直焊缝方向发生收缩，横向变形沿着焊缝长度上的分布是不均匀的。因为先焊接的焊缝的横向收缩对后焊接的焊缝产生一个挤压作用，使后焊的焊缝横向收缩量更大。一般地，焊缝的横向收缩沿焊接方向由小到大，逐渐增大到一定程度后趋于稳定。对于角焊缝和丁字接头的横向收缩，板材越厚其刚度越大，横向收缩越小。点固焊越大越密，工装夹具的刚度越大，横向变形也就越小。如果出现了较复杂的变形，矫正的工作量可能比焊接工作量还要大。有时变形太大，甚至无法矫正。焊接变形不但影响结构的尺寸准确和外形美观，而且有可能降低结构的承载能力。所以掌握焊接变形的规律，采取有效的预防和消除焊接变形的措施是必要的。2.3底板的中心板、壁板和边环板的分析2.3.1在焊接边环板时，易产生角变形，为了防止变形应采用反变形法和一些有效的措施等。2.3.2在焊接中心板和边环板时是搭接接头，为了防止变形应采用分段逆向大幅度跳焊法。2.3.3在焊接边环板和壁板时易产生收缩变形，将影响接下来的工作。所以采用对称分段退焊法来防止变形。3、控制措施3.1设计措施3.1.1合理地选择焊缝的尺寸和形式焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小，焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大。煤气柜柜底板中心板厚度约为6毫米，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属，对减少焊接变形有利。尽可能减少不必要的焊缝，合理地安排焊缝的位置3都可能减小焊接变形。还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中心轴,并使焊缝的布置与构件中心轴相对称。3.1.2合理地选择焊接方法选用线能量较低的焊接方法，可以有效地防止焊接变形。焊接热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。不同的焊接方法的热输入差别较大，在钢结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入最大，在焊缝截面积相同情况下，埋弧焊收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。但是为了控制焊接变形，提高施工进度，采用传统的手工电弧焊方法。其特点为:(l)焊接设备简单，成本偏低。设备结构简单，便于现场维护、保养和维修。设备使用和安装方便，操作简单，投资少，见效快。(2)适用于碳素钢、合金钢的焊接应用。(3)适用于不同位置、接头形式、焊件厚度，对于一些不规则的焊缝，手工电弧焊的工艺更灵活，适应性更强。（4）电焊机为直流焊机，焊接材料采用酸性焊条，牌号为E4303。3.1.3焊接层数的影响焊缝层数的多少将影响焊缝的横向和纵向收缩。对于横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道与堆焊的条件和变形规律，因此，收缩变形相对较小。对于纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊接时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。双面均可焊接操作时，要采用双面对称焊，并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。3.2工艺控制措施3.2.1心板焊接对于心板焊接施工的主要特点是面积大，钢板薄，焊缝多而长，焊接后的收缩变形大。因此，在组装心板时，主要措施是采用分段退焊法，每一条焊缝均由中间向两端对称分段同4步退焊。心板由多块板组成，焊缝坡口为V型，对接间隙为2——3mm。心板安装如图2。如图2底板裝焊顺序先从中心开始按1、2、3和1′、2′、3′的顺序安装，并焊好中间一条带。然后按4、5、6和4′、5′、6′的顺序装焊，再用退焊法焊接7和7′两条长焊缝。以此类推、焊接其余焊缝。但是中心板焊时容易产生收缩变形，所以必须合理留出收缩缝，适应焊接后的收缩变形。在安装好后，固定焊缝时最好不用点焊的方法，而用如图3所示的装配卡具，借助斜楔固定收缩缝隙。其优点是不阻碍底板的收缩变形。大容积的煤气底板应尽量使用卡具固定收缩缝。如图3装配卡具如图4边环板焊缝示图3.2.2边环板焊接中心板焊好后安装边环板。先焊边环板的每段的径向对接焊缝外端200m长的一段，并铲平以便安装壁板，如图4。在焊接边环板时，每个边环板的对接缝在焊接以后，也因收缩而发生变形，通常变形角度约为1一1.50。为了抵消这种变形，采用反变形法措施，即先将5边环板对接口向焊接变形相反的方向垫高，如图5所示。垫高的数值为Z·sinａ“(Z为每块边板的长度，a为1一1.50。)。例如，如果每块边板长度为3000毫米，则垫高值为53～79毫米，取65毫米。图4焊接方法以隔缝跳焊法效果最好，如图6所示。一个焊工焊接两1-1.5°13如图5如图6条对接缝1和3。先焊对接焊缝1的左边，再焊对接缝3的左边，留出安装壁板的间隙，然后焊对接缝1的右边和对接缝3的右边。用反变形法和隔缝跳焊法焊接边板，可以消除边环板变形。如有2个焊工同时焊，则第2个焊工应在对称位置，用同样的方法同时焊接对接缝13和15。直到对称焊完全部焊缝。接下来就焊接边环板和壁板的角焊缝，焊接后收缩变形更大。以5000立方米的煤气柜为例，直径23680毫米，收缩以1/1000计算，焊接后圆周长度缩短约75毫米，直径方向收缩约24毫米，如不预留收缩缝，由此将使底板中间凸起约230毫米。为了防止变形凸起，应多名焊工对称进行分段退焊。如图7所示，在1和2的位置如图7焊接顺序如图8多段逆向大幅度跳焊法6应各由一名焊工对称焊，同样3和4也各由一名焊工同时焊，由此类推，焊完壁板。最后焊接边环板和心板的搭接焊缝。同样也是为了防止变形采用多段逆向大幅度跳焊法，如图8所示，是以8名焊工同时施焊为例的焊接方式。焊缝分为8段，每名焊工焊一段，按箭头的指向同时施焊。而每一大段（如AB），又分为4段，按AC---CD---DE---EB次序施焊；每一段（如AC）再划分为4小段，每段长1m，如果还要再细划分为若干段，每一小段约1根焊条所焊的长度，采用逆向分段焊法完成。这种施焊法集中了分段焊法和跳焊法的优点，可使焊接热作用更加分散和使底板受热均匀，从而减小了焊接变形。4、结论综上所述,焊接变形是焊接生产中经常出现的问题,对于大型的并且薄的底板，如果工艺措施不当，将会产生向上凸，结果会产生波浪变形。将影响质量并且工件上出现变形需要花许多的工时去矫正,比较复杂的变形,矫正的工作量可能比正常的焊接工作量还要大,有时变形太大甚至无法矫正,造成废品,因此控制焊接变形就显得十分重要。经过两年的理论、实训还有一些资料证明合理地选择焊接方法和焊接规范,正确制定装配焊接顺序及一些切实可行的工艺措施,就能有效地控制底板的变形。有了这些工艺措施，将对以后薄板的焊接有重要的意义。参考文献[1]建设部.建筑焊接规程.中国建筑工业出版社,2003年[2]陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策.北京：机械工业出版社，1997.12[3]邓洪军.焊接结构生产.北京：机械工业出版社，2009.6[4]邱葭菲.焊工工艺学.北京：中国劳动社会保障出版社，20057致谢美丽的青海，凉爽的夏都，难忘的交通学院。三年的大学生活已接近尾声，回望过去，恍如一夜。从第一次来青海到即将离开青海，有过彷徨、恐慌和失落，更有执着、欣慰和喜悦，这些点点滴滴助长了我的心智，成熟了我的思想，而后我心域更宽，视野更广。历经几个月的写作，论文终于可以付梓了。纵览全文，尽管仍有不尽如人意之处，但是总体上还是符合自己的写作初衷，涵盖了几个月对这一论题的研究心得，心里还是多了一份喜悦和成就感。写作的经历并非一帆风顺，尤其是初稿后的修改，当然离不开别人的帮助和鼓励。首先要感谢我的指导老师：邹建英老师，在写作初期邹老师给我们指定了写作路线，写作过程中也得到了邹老师的细心指导，她严谨的治学态度、广博的学识和正直的为人是我学习的榜样，感谢我的专业老师：孙丙岩老师、罗玉娟老师、王兆瑞老师和实习指导老师王从新老师。感谢他们在这三年里辛勤的付出。我还要感谢我的父母给了我上学的机会和信心。感谢我的家人给了我许多帮助和精神上的鼓励，使我能在学校全身心的学习。感谢我所参考和引用文献的作者们。最后我感谢我的朋友给我的鼓励和支持，以及所有帮助我的人，是你们的鼓励使我走到了这一步。大学生活即将结束，而学习仍将继续，生活还要前行。8目录1.引言·················································································································12.煤气柜底板焊接变形分析······················································································12.1纵向焊缝收缩变形的分析··················································································22.2横向焊缝收缩变形的分析··················································································22.3底板的中心板、边环板和壁板的分析···································································23.控制措施···········································································································23.1设计措施·······································································································23.1.1合理的选择焊缝的尺寸和形式······································································23.1.2合理的选择焊接方法··························································