水箱制作焊接工艺及变形控制

1、.3600m水箱制作焊接工艺及变形控制 吴新章 刘增文(辽宁省大连市红沿河镇河北电建一公司核电项目部；邮编：116319)摘要：本文以3600m水箱制作安装过程为实例，分析了水箱安装变形控制的难点提出了变形控制和矫正变形的方法和措 施，阐述了永箱焊接和防控变形措施的应用。为同类施工活动提供参考和指导。 关键词：水箱安装；变形控制；矫正变形 O 引言 某核电站一期BOP海水淡化工程安装制作13个除盐水水箱，有容量200m、800m、1500m、3600m四种规格。该类水箱为薄擘钢结构大型容器，制作安装过程中防变形控制是安装焊接质量工作控制的重点。现以3600m水箱为例阐明焊接防变形措施的应用。

2、3600m水箱直径D为161m，高度h=19m，箱底壁厚=12mm，箱壁壁厚1层=16mm，2、3层=14mm，4层 =12mm，5、6层=10mm，7、8层=8mm，9、10、11层=6mm，材质Q235一B；箱顶采用钢板拼接的锥形结构， 底板中间采用长方形中幅板与异形中缘板拼接，外部接弓形边缘板，壁板各层用长方形钢板焊接，层与层之间 环形焊缝焊接。焊接是水箱成形的唯一连接方式，也是保证水箱安装质量的关键特殊工艺。 1 水箱安装变形控制难点分析 在水箱安装焊接过稃中，最常见也是最难克服的问题就是变形。变形的产生影响水箱的内部质量，观感质 量，使用性能，甚至导致安装活动无法持续进行。水箱底板焊

3、缝多，焊接接头形式多，容易产生热输入不均衡， 导致底板波浪变形或边缘弧度和平整度差，壁板纵向焊缝多，横向环焊缝长，容易产生收缩变形，导致错边、错位等变形，影响圆周度。整体考虑水箱安装焊接过程，导致产生变形的主要环节有板材下料、坡口设计、焊缝布局、定位焊、刚性固定、焊接工艺选择、焊接顺序和焊接控制。 水箱由厚度不等的钢板组合而成，板块数量多，形状和接头形式复杂。板材下料必须采取科学的编号，准确的尺寸；坡口截面的设计直接影响到焊材使用量和焊接热输入量；焊缝布局确定箱体的变形位置；定位焊是水箱构架的首要环节；刚性固定是外加拘束力控制变形范围的有效措施；焊接工艺选择对焊接热输入进行源头控制；焊接顺序是

4、通体考虑水箱变形，合理进行安装的整体思路；焊接控制是过程控制具体操作的可行方法。 2水箱变形控制策划和实施 21板材下料 该环节主要是钢板的放样和下料切割。放样时量线务必准确、清晰，根据板材的具体情况按设计划线，并依据工艺要求预留加工余量及焊接收缩余量，对切割好的料板进行编号。安装焊接过程中不均匀的加热和冷却，作用在板材和结构上，表现出受力状态和形状上的效应必然会产生焊接应力和焊接变形，放线环节应尽量准确的预测和预留焊接收缩量。 水箱焊接以线性焊缝为主，放样时主要考虑线收缩变形即纵向收缩变形和横向收缩变形。横向收缩和板厚 有关，6姗的板材焊接横向预留1mm的收缩量，16姗的板材焊接横向预留1.

5、41.8姗的收缩量，由于板材大多焊缝较长，纵向收缩变形也应着重考虑。Q235钢材为低碳钢，纵向收缩变形可参照下表l。 表1低碳钢纵向变形近似值(mm/m) 对接焊缝连续角焊缝间断角焊缝0.15-0.300.20-0.400-0.1022接头形式和坡口设计 X形坡口和V形坡口相比，可以减少近二分之一的焊材用鼍，同时减少热输入总量，减小内应力，有利于变形控制，保证焊接质量，降低焊接成本。在坡口设计方面，考虑到板材厚度和坡口制作难度，662050200500 2.5刚性固定 刚性固定是焊接过程中采用临时固定措施，加强构件刚性，待焊接完全冷却后，去除固定设施，这样可以比焊件自由状态下的变形量小4070

6、。应该注意的是刚性固定只能减小变形，不能消除变形，撤销外加拘束后，拘束应力去除，残余应力将重新分布。此方法防止角变形和波浪变形还是较显著的。水箱为大容积薄板钢结构，焊前采用刚性固定可以很大程度上防止变形过量产生安装错口、错边等问题。水箱焊接前采用槽钢和门形板对焊缝坡口进行刚性固定，槽钢沿纵向焊缝方向点固布置，以减少焊缝的瞬间纵向收缩变形，门形板在焊缝两侧每500mm点固一个，以减小焊缝的横向收缩变形和角变形。 2.6焊接工艺的选择 2.6.1焊接方法 小的热输入量是焊接整体过程考虑的根本性问题。CO2气体保护焊和手工电弧焊相比较，能量集中，焊接热影响区小，变形和裂纹倾向小，焊接速度快。无论是小

7、的热输入量要求还是提高功效的要求都较后者优越。该水箱主体采用半自动CO2：气体保护焊，特殊位置和结构复杂的短小焊缝采用手工电弧焊。 横向环焊缝采用多人对称焊，分段退焊，安装过程中的长焊缝同样采用分段退焊工艺。多人对称焊接足使整条纵向焊缝均匀受热，焊缝两侧承载的横向收缩应力均衡产生，收缩量值相同的情况下，避免或减小错边等变形缺陷。分段退焊细化产生变形量的焊缝单元，退焊工艺运条方向和焊缝进展的总体方向相反，纵向收缩量依次抵消，整体上减小变形量。 262焊接参数 水箱焊接C02气体保护焊采用小直径焊丝、小电流、不摆动的多层多道焊。参照公司工艺评定，确定工艺参数参见下表3。 表3焊接工艺参数焊丝牌号焊

8、丝直径(mm)保护气体极性电流(A)电压(V)焊接速度(mmmin)层间温度()JM561.2C02直流反110-15020-30130-18030027焊接顺序 底板焊接先焊边缘板对接焊缝，然后进行中幅板的短焊缝焊接，由中心向四周对称焊接，使焊接应力均匀向外扩散，焊完短焊缝之后焊长焊缝，组合完中幅板之后，将底板外缘板与壁板焊接，这样保证安装精度的同时，也能减小变形；最后焊接中缘板和外缘板焊缝。壁板焊接，先焊纵向短焊缝，再焊横向环焊缝。 水箱壁板横向环焊缝采用对称焊、分段退焊、跳焊焊接工艺，底板和底板的焊缝同样采用分段退焊工艺，以环焊缝为例说明工艺的应用。 28焊接控制 对X型坡口对接焊缝，在

9、进行背部焊接时，若焊缝根部不能保证熔透，则在焊接前，先进行清根处理，清根可使用角磨机、电磨头等进行机械打磨，清根时要使焊缝露出金属光泽为止。 为了减少焊接应力变形，先焊接短焊缝(纵焊缝)后焊接长焊缝，且相邻焊接接头的间距不得小于200mm。 多层焊第一层收缩量最大，以后依次递减，对首层焊接要严格控制。进行多层焊接时，焊接接头向同一方向错开，其间距为板长的13，且不得小于500mm。每层焊完后要认真进行层道间飞溅清理，避免层间缺陷的产生。焊缝待打底焊接全部完成后，再进行次层的焊接，严禁同一层未全部焊接完成，就进行次层的焊接。焊接过程中严格控制层问温度，保证层间温度不大于300。 焊后对焊道迅速均

10、匀的锤击，使焊缝金属产生塑形变形，即可减小焊接变形，也可减小焊接应力。用扁长圆头的锤子依次锤击，力量要适中，根部焊道不能锤击以免导致裂纹，盖面焊道不能锤击以免影响美观。 3水箱的矫变形措施 变形控制以防范为主，但足焊接过程是一种瞬时的加热和冷却过程，因为结构复杂或人员操作手法不能达到一致，有可能产生超出标准范围的变形最。矫变形措施主要采取机械矫正和热矫正两种。 机械矫正综合采用千斤项校正法和锤击法。千斤顶校正法足根据变形区域的凸凹面，利用3点弯曲原理，用千斤项(千斤顶顶端部垫木板)顶住需要校正的部位，进行校正。锤击法足使用锤击敲击焊缝(避免直接敲击可加垫方木)，延展焊缝及其周嗣压缩颦性变形区域

11、的金属，达到消除焊接应力、变形的目的。使用锤击法严格控制局部凹坑变形。 水箱变形热矫正采用火焰加热校正，加热前应去除加热表面的油漆、油污、氧化物和杂质；用氧乙炔火焰加热产生变形的区域，火焰须在加热面不停的移动，使部件均匀受热，加热温度不应超过700，加热温度用红外线测温仪控制。加热时根据不同的变形量，控制加热区的大小和加热温度，以防校正过量和过烧。 4结论 通过以上变形控制措施的应用，3600m3水箱制作过程顺利开展，没有发生因为变形量过大造成的安装困难， 制作完成后各项验收指标均达到并高于标准要求，通过合理的组织，节省了钢材和焊材用量，提升了工作效率和经济效益。科学的防控变形措施值得同类施工活动的推广和应用。 参考文献： 1朱僚辉，焊接件变形的结构和工艺分析J职业技术月刊，