分解槽底板焊接及变形控制

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摘 要：分解底板焊接及变形控制是保证储罐整体施工质量的关键环节，采用合理的焊接方法和防变形措施，可以有效地避免应力集中，提高施工质量。经过在滨州施工点的95台分解槽施工实践中总结出合理、有效的分解槽底板焊接方法及防变形措施。

关键词： 分解槽底板；焊接；变形；控制

1.概述

山东魏桥铝电公司氧化铝工程分一期、二期、三期工程，由我部施工的大型分解槽共计有95台。分解槽底板的焊接质量在很大程度上决定了分解槽的使用寿命及在用状态。采用合理的焊接方法和防变形措施可以有效地避免应力集中，提高槽底板施工质量。我们在派出技术过硬的又有责任心的焊工进行施焊的同时通过采用合理的焊接方法、焊接顺序、焊接工艺参数及行之有效的防变形措施，使槽底板的焊接质量得到了有效控制。

2.底板的排版及施工顺序

2.1.底板的排版

罐底板由中幅板与边缘板两部分组成，中幅板搭接在边缘板上。中幅板厚度为10mm，边缘板板硬度为16mm，材质均为16MnR。具体形式见下图1

2.2.施工顺序

边缘板的铺设焊接中幅板的对接后铺设再长缝的焊接中幅板与边缘板焊接边缘板与底层筒体（大角缝）焊接

3.焊接变形分析

3.1.焊接变形产生的原因

焊接时一般采用集中热源在局部加热，因此在焊件上产生不均匀的温度场。这种温度场在绝大多数情况下时非线性分布的。不均匀的温度场使材料不均匀膨胀，处于高温区域的材料在加热过程中膨胀大，受到周围温度较低膨胀量小的材料的限制而不能自由的产生，于是焊件中出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部压缩塑性应变。冷却过程中已经受压缩塑性应变的材料由于不能自由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现一个与焊接加热时方向相反的内应力场。焊后焊件温度降至常温时，残留在焊件中内应力则为焊接残余应力，残留在焊件上的变形则为焊接残余变形。纵向方向的应力是使底板焊接产生起拱的原因，表现在焊缝旁金属凸起；横向方向的应力使底板产生侧部变形，再由于受施工条件的影响，两者合力（矢量）较大时可使底板产生较严重的波浪变形。

3.2.底板焊接纵向收缩变形量的成因与估算

底板主要焊缝集中在中幅板上，最容易产生变形也是中幅板上，下面就主要对中幅板的变形量进行估算。焊后由于焊缝及其附近金属纵向收缩，就引起了平板的纵向变形。

单层焊的纵向收缩量：

=

其中：Aw──焊缝截面积mm2 L──纵向收缩量mm

A──构件截面积mm2 L──构件长度mm

k1──修正系数，当采用CO2焊接时为0.043

多层焊的纵向收缩量：将上式中的Aw改为一层焊缝金属的截面积，并将所计算的纵向收缩量再乘以k2即可，

一道焊缝的截面积为：Aw=（3+14.55）×10/2=87.4mm2

A=12440×10=124400 mm2

L=12440mm k2 =1.8

L=1.8×0.043×87.4×12440/124400

=0.68mm

在排版图中可以看出共有6道焊缝。0.68×6=4.08 mm

因此此种焊接类型的对接焊缝纵向收缩变形为4.08mm。

3.3.底板焊接横向收缩变形量的成因与估算

对接焊缝横向变形可以通过下面这一公式进行估算：

=k

式中 ―对接焊缝的横向变形量mm

Aw―焊缝的横截面积mm2

δ―焊件的厚度mm

k―系数。V形坡口时，气焊k=0.26，焊条电弧焊k=0.2；X形坡口焊条电弧焊时k=0.12

根据上述公式来估算焊接横向收缩变形量为：

k=0.26

Aw=87.4 mm2

δ=10mm

=0.26×87.4/10

=2.27mm

在排版图中可以看出共有6道焊缝。2.27×6=13.62 mm

因此此种焊接类型的对接焊缝纵向收缩变形为13.62mm。

4.边缘板焊接的焊接

4.1.由于中幅板搭接在边缘板上，所以必须先铺设边缘板并焊接完才能铺设中幅板。边缘板对接坡口形式见下图2

由于中幅板是搭接在边缘板上，所以此焊缝需要搭接的部份打磨平整。

4.2.在铺设点焊完毕后在每个对接焊缝处点焊龙门卡具，做刚性反变形处理。如图3所示

龙门卡具样式如图所示，采用钢板厚度为10～16mm边角余料切割而成，长度为1000mm左右，高度200mm左右。中间开一缺口避开焊缝，以不影响焊接操作。龙门卡具在全部焊接完毕并冷却至常温后再清除。龙门卡具是可以多次反复利用的。

4.3.焊接方法采用热输入较CO2气体保护焊焊接方式进行，先打底一面再填充一面，最后盖面成形。焊丝牌号为H08Mn2SA（新牌号为CHW-50C6），焊丝直径为Φ1.2mm

5.中幅板的焊接

中幅板的焊接分为两个部份：一是短焊缝的焊接，这一工序在制作现场的对接焊接完成；二是长焊缝的焊接，这一工序在安装现场的拼接焊接。

5.1.中幅板的短焊缝设计图纸为X型60度坡口，如图5所示，所以此部份我们在制作现场进行对接焊接。

焊接仍采用热输入较CO2气体保护焊焊接方式进行，先焊接一面成型后翻面清根再焊接成型。焊丝牌号为H08Mn2SA（新牌号为CHW-50C6），焊丝直径为Φ1.2mm 。焊接参数参照4.3进行。