浅谈大型罐底板焊接变形与防变形措施

学术论文 2017-09-22 11:11:25
    大型罐底板多用于石油化工领域、国防领域以及粮油储存领域等,在制作大型罐时,最重要的环节就是底板的焊接,然而在焊接过程中,受焊缝长度和宽度的影响,经常会出现大面积变形的现象,当焊缝的长度缩短时会变形,焊缝的宽度减少时也会发生变形。如果发生变形的情况,就会影响到大型罐底板的承载能力,影响其使用寿命,因此,本文对于大型罐底板焊接变形与防变形措施的研究就具有非常现实的意义。
    1 大型罐底板焊接变形的类型
    在大型罐底板焊接过程中经常会出现大面积的纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形、角变形以及波浪式变形等。
    1.1 纵向收缩变形
    纵向收缩变形主要是指某一个焊件在焊接后,在跟焊缝长度平行的方向上发生的收缩变形。当在钢板上进行焊接时,受焊波的影响,在纵向焊接时就会产生变形现象,其随着焊缝的长度、焊缝变形的面积以及焊缝两侧压缩塑性变形的面积增加而增加。
    1.2 横向收缩变形
    横向收缩变形主要是指当某一焊件在跟焊缝垂直的方向焊接后,发生变形的现象。相对应的两块钢板在对接焊时,会产生横向变形,受板厚、坡口形式、坡口角度以及间隙的影响,就会产生大面积的横向收缩变形。
    1.3 弯曲变形
    弯曲变形主要是指,在沿着厚度或者偏心的位置进行焊接过程中,其内部的焊缝就会引起钢板平面的弯曲现象。并且只要是焊缝不在构件截面中性轴上时,不管是横向收缩,还是纵向收缩,都会使得其发生弯曲变形的现象。
    1.4 角变形
    角变形主要是指沿着厚度的方向,内焊缝宽度的改变就会发生角变形的现象。在焊接过程中,受焊接区板材厚度的影响,会发生角变形的现象,当焊接区板材厚度不均匀时,就会产生横向收缩,从而引发回转变形,并且在焊接角时,受焊缝横向收缩的影响,受焊缝厚度不一的影响,也会经常性地发生角收缩的现象,这种也叫角变形。
    1.5 波浪式变形
    在大型罐底板焊接过程中,其焊后构件产生形式为波浪型,就称之为波浪式变形,其随着焊缝的尺寸和焊接线能量的变化而变化。
    2 大型罐底板焊接变形的控制措施
    2.1 合理的焊接顺序
    为了控制大型罐底板焊接变形,可以采用合理的焊接顺序,首先要从组装边缘板开始,然后在组装中幅板,并保留100mm的缝隙,让组装的多块中幅板搭在边缘板上,然后开始焊接,先将中幅板进行焊接,在焊接中幅板时,要从里往外地进行焊接,将多个中幅板焊接在一起。其次在焊接焊缝,因为焊缝的长度比较长,收缩力也比较大,在焊接时要注意保持焊缝的自由收缩,这样才能保证焊接收缩量不会被边缘板所阻碍,从而使大型罐底板的整体结构不会变形。然后在开始焊接边缘板,边缘部内部不用焊接,直接焊接外部,并要等到边缘板跟壁板之间的焊缝收缩后在开始焊接边缘板。等到边缘板焊接完成后,将收缩后的中幅板进行切焊,再对这一部分的焊缝进行焊接,这样焊缝收缩后就会受到边缘板的强力阻碍,从而使得整个中幅板受到拉伸作用,而不会产生波浪变形。
    2.2 分段焊接法
    分段焊接法,也就是倒退焊法。其主要是指先依次对各个段进行焊接,让每一段的终点跟上一段的起始点相重合,以此类推。如果每段焊接的长度比较短,当焊接完某段的焊缝时,并且达到上一段的起点时,两者的温差不是很大,如果每段焊接的长度比较长时,两端的温差就比较大,也许当某段的终点焊接到上一段的起点时,起点的温度就已经完全冷却了,这样巨大的温度差就会产生发生大面积的变形。因此,在大型罐底板焊接过程中为了避免发生大面积的变形现象,必须要保证每一段的长度不易太长,长度必须要保证不能超出焊接完一根电焊条所能完成的长度。
    2.3 减少焊接加热次数
    在大型罐底板焊接过程中,还可以通过减少焊缝加热次数来控制焊接变形,如可以在焊接中幅板焊缝时,采用一次填充焊缝的方式,提高焊缝的焊接速度,以此来控制焊接变形。
    3 大型罐底板焊接变形的案列分析
    本文以中央储备粮某直属库大型油罐底板焊接为例,来谈防变形的控制措施。中央储备粮某直属库大型油罐底板的直径18m,由中幅板和弓形边缘板组成,使用板厚 δ=16mm,横向为对接焊,纵向为搭接焊。
    3.1 焊接过程中的变形类型
    该气柜整个底板焊接过程中会发生以下几种变型的类型:中幅板受大面积的纵焊缝的影响,最易产生大面积的波浪式变形;弓形边缘板焊接,受对接焊缝和环形焊缝的影响,极易引发收缩式变形现象;壁板主要是受壁板的立焊缝和角环形焊缝的影响,极易产生收缩式变形和角变形。
    3.2 焊接过程中的防变形措施
    3.2.1 中幅板的焊接
    在焊接中幅板时,为了防止焊接变形,首先要对中幅板进行铺设,而且要保证以钢板的中心线为主进行对接式的铺设,然后在对对接处进行焊接,采用倒退焊接的方式进行交错式焊接,也就是说让每条焊缝在焊接时分成两块来错开式的焊接,每焊接完一根,倒退一根,最后在整体的焊接,这样就能让其能够自由收缩,防止焊接过程中的变形。
    3.2.2 边缘板的焊接
    在焊接边缘板时,也是先将边缘板进行铺设,铺设成弓形,让每块边缘板看上去像扇形,其外圈是圆形的形状,内圈则是平口,让其铺设结束以后,形成一个外圆内棱的形状。然后再对其进行焊接,焊接时也是采用倒退焊接的方式,让两块板和两块板对接的方式进行焊接,在焊接过程中,要注意不要焊接边缘板对称的4条焊缝,留出多余的收缩缝隙,为后期的调整打好基础,这样就能防止边缘板在焊接时发生变形的情况。
    3.2.3 壁板焊接
    在焊接壁板的过程中,首先在安装壁板时就要注意留出壁板的收缩量,还要留出4条对称的能够收缩的缝隙,为后期的收缩调整做好基础。在焊接时采用加强板来控制焊口,以此来防止焊接壁板时发生变形的情况,而且在焊接完成后,还要跟边缘板进行对接,对接时也要留出跟边缘板之间的收缩缝,缝隙要大于300mm,而且要交错进行。同时在焊接壁板跟邊缘板时,也是采用倒退焊缝法,可以用一个 45°支撑架来进行固定,以此来防止焊接时发生的角变形的现象。
    3.2.4 中幅板与边缘板的环焊接
    在中幅板跟边缘板的环进行焊接时,也是采用倒退焊接法对其环焊缝进行焊接,在焊接时将焊缝调整成最小的单元,再进行焊接,最后再对整体进行处理。在整个大型罐底板进行焊接时,除了油管采用立焊的焊接方式外,其他的焊缝都是采用倒退焊接的方法进行焊接。
    4 结语
    综上所述,在大型罐底板焊接过程中,经常会发生大面积的变形现象,如纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形、角变形以及波浪式变形等,严重影响着大型罐底板的承载能力。因此,在焊接过程中,必须要采用合理的焊接顺序、采用分段退焊的方法,以及减少焊接加热次数的方式来对其进行控制,从而延长其使用寿命。
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