組塊建造過程中焊接變形的控制

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1、鋼結(jié)構(gòu)加工制作篇組塊建造過程中焊接變形的控制王民鋒岳彩旺(海洋石油工程(青島)有限公司青島266555)摘要：在鋼結(jié)構(gòu)組塊建造過程中，構(gòu)件的變形對整體的結(jié)構(gòu)的影響是至關(guān)重要的．焊接變形可能使整個組塊喪失穩(wěn)定而不能承受載荷，使組塊的質(zhì)量大大下降；而且矯正變形需要消耗大量的精力和物力，甚至導(dǎo)致構(gòu)件報廢。本文介紹了焊接變形的基本概念及影響，通L#．MODECFPSO(PBOIL)組塊建造過程中的實(shí)例分析構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式以及每個部件、桿件的內(nèi)在聯(lián)系，對構(gòu)件可能產(chǎn)生的焊接變形做到很好的預(yù)見性，針對不同的焊接形式采取合理的措施控制焊接變形．關(guān)鍵詞：焊接變形控制工藝措

2、施1．焊接變形的概念金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于焊接時不均勻的加熱和冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫焊接應(yīng)力。由于焊接應(yīng)力造成的變形叫焊接變形。在焊接過程中，不均勻的加熱，使得焊縫及其附近的溫度很高，而遠(yuǎn)處大部分金屬不受熱，其溫度還是室內(nèi)溫度。這樣，不受熱的冷金屬部分便阻礙了焊縫及近縫區(qū)金屬的膨脹和收縮；因而，冷卻后，焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和內(nèi)應(yīng)力(縱向和橫向)，就造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形。金屬內(nèi)部發(fā)生晶粒組織的轉(zhuǎn)變所引起的體積變化也可能引起焊件的變形。這是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。常見的焊接應(yīng)力有：(1)縱向應(yīng)力；(2)橫向應(yīng)力；(3)厚度方向應(yīng)力。常見的焊接變形有：

3、(1)縱向收縮變形；(2)橫向收縮變形；(3)角變形；(4)彎曲變形；(5)扭曲變形；(6)波浪變形。其中最基本的焊接變形為：橫向變形、縱向變形和角變形。組塊建造過程中，波浪變形也是一種常見的焊接變形。2．控制焊接變形的重要性2．1控制焊接變形可以保證組塊的質(zhì)量要求在鋼結(jié)構(gòu)組塊建造過程中，構(gòu)件的變形對整體的結(jié)構(gòu)的影響是至關(guān)重要的。在構(gòu)件焊接過程中，隨著變形的產(chǎn)生，構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了變化，而焊完并冷卻后所留下的變形和應(yīng)力不是暫時的而是殘余的。通常焊件的殘余變形和應(yīng)力是同時存在的，但在一般焊接結(jié)構(gòu)中殘余變形的危害性比殘余應(yīng)力大得多，它可能使焊件或部件

4、的尺寸改變而無法進(jìn)行場地的總裝工作，使整個組塊喪失穩(wěn)定而不能承受載荷，使組塊的質(zhì)量大大下降。2．2控制焊接變形可以提高組塊建造的績效焊接變形產(chǎn)生以后，如果不予以矯正，不僅影響組塊的整體安裝，還會降低組塊的安全可靠性。如果組塊的建造過程中產(chǎn)生的焊接變形超過技術(shù)設(shè)計允許變形范圍，必須設(shè)法進(jìn)行矯正，使其達(dá)到組塊的質(zhì)量要求。第一作者：王民鋒，男，1981年出生172’2008全國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)年會論文集[2008·10]王民鋒，等：組塊建造過程中焊接變形的控制但是矯正變形卻要消耗大量的精力和物力，同時使構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力復(fù)雜化，增加了附加應(yīng)力，降低了構(gòu)件的承載能力，有時還

5、會因?yàn)槌C正方法不當(dāng)而導(dǎo)致部分甚至整個構(gòu)件報廢，使整個構(gòu)件不得不重新下料、預(yù)制，更加浪費(fèi)時間和材料。在甲板建造過程中采用合理的組對以及焊接工藝，控制每一個構(gòu)件的變形，可以有效的節(jié)省因矯正焊接變形而浪費(fèi)的時間、材料以及人工，為縮短生產(chǎn)周期、降低勞動成本、提高生產(chǎn)效率創(chuàng)造了良好條件，進(jìn)而達(dá)到提高組塊建造的績效的目的。3．控制焊接變形的措施在MODECFPSO(PBOIL)的建造過程中，我通過對組塊預(yù)制過程中容易產(chǎn)生焊接變形的類型的分析，仔細(xì)查閱相關(guān)書籍和多次向有經(jīng)驗(yàn)的老師傅們請教，對每一個構(gòu)件可能產(chǎn)生的焊接變形做到很好的預(yù)見性，針對焊接變形的特點(diǎn)從焊接工藝上

6、進(jìn)行及時的改進(jìn)，有效的防止和減少焊接變形所帶來的危害。下面，主要介紹幾種常見的控制焊接變形的措施。3．1利用反變形的方法減少變形在組塊各個構(gòu)件的預(yù)制過程中，為了抵消(補(bǔ)償)焊接變形，在焊前進(jìn)行組對的時候，先將工件向與焊接變形相反的方向進(jìn)行人為變形。這種方法叫做反變形法。反變形法在組塊建造過程中的應(yīng)用是非常廣泛的，尤其是兩個桿件采用對接焊的方式進(jìn)行焊接的時候，采用預(yù)留收縮余量的方式，根據(jù)已經(jīng)掌握的收縮變形規(guī)律，在組對時預(yù)留收縮余量，基本可以保證焊后構(gòu)件的變形控制要求。在MODECFPSO(PBOIL)中，許多工字鋼的翼緣板上需要焊接耳板用于支撐兩層甲板之

7、間的立柱、拉筋，如下圖1(a)所示。通過預(yù)留收縮余量的方式，不僅節(jié)省了焊后矯正的時間，而且可以很好的保證焊后構(gòu)件的尺寸要求。耳板焊接的時候，如果按照正常組對，由于焊接應(yīng)力的作用，焊接完成以后，耳板(a)翼緣板焊接耳板(b)SECTIONA—h<三主三三爿e一變形余量(c)組對時預(yù)留收縮余量圖1使用反變形法控制焊接變形一定會向后焊的那一側(cè)發(fā)生焊接變形。所以在實(shí)際的組對施工時，我們就可以提前預(yù)留一定的變形余量，如圖l(C)所示(以先焊耳板下面坡口為例)。首先焊接耳板下面的坡口，然后在上面坡口處進(jìn)行氣刨清根，最后焊接上面的坡口。這個過程完成以后，造成耳板上面

8、的坡口的焊肉比下面的坡口的焊肉多，所以整個耳板勢必出現(xiàn)向上的焊接變形，基本上回補(bǔ)了組對時向下預(yù)