不锈钢中厚大环板焊接变形控制一个非常详细方案设计.doc

不锈钢中厚大环板焊接变形的控制，一个非常详细的方案 1.概述 生产、建设安装行业以不锈钢中厚大环 板作为预埋件、底座板及法兰的情况较为普遍。在环板上实 施周向角缝焊接极易使环板发生锥度变形，如不能对焊接变 形进行有效控制，会在焊后的机械矫正工序中难以顺利达到 平面度技术要求，耗费大量精力，影响生产效率和施工进度。 一般在施焊过程中会使用变形控制措施的一种或几种，但如 不能将各种方法有机结合、合理应用，则收效甚微。现以我 公司贮罐支座预埋件（以下简称埋件）制作过程为例，说明 不锈钢中厚度大环板制作过程中釆用焊接工艺控制与刚性 固定和反变形措施相结合的方式，对焊接变形良好控制，可 不经矫正工序直接达到生产要求。 2.产品概况 埋件 由环板与锚筋组成，如图1所示。环板材质为022Crl9Nil0, 厚度20mm,内径为1260mm、外径为1 900mm,中间均布 16个? 30mm排气孔；锚筋材质为022Crl9Nil0共40根， 4）18mm,长度为650mm。锚筋分两层环布，内环均布16 根，外环均布24根。 图1 埋件安装后所处环境温度 为500°C左右，环板上面将垂直堆叠5个钢制贮罐高达30多 米，须承受总重83.2to如平面度偏差较大则直接导致上部设 备产生较大倾斜而无法稳固垂直堆放，在长达10年的堆放 期中容易破坏贮罐周围的槽钢轨道，导致贮罐不能顺利取 出，故经计算要求平面度W 1.6mm。为保证下料过程中平面 度要求，环板采用类激光等离子对6 000mmX 2 000mm整板 进行切割而成。 设计方要求焊缝形式为角接，焊条电弧 焊焊接，焊角高14mm,焊接工艺为两层三道焊接，一层一 道，二层两道。 3.焊接变形分析 局部不均匀热输入 是产生焊接应力和变形的决定性因素。环板的焊接应力和变 形，如图2所示。 图2 不锈钢热导率低、热膨胀系 数大等材料特性决定了其焊接过程中在较小的热影响区内 分布的温度梯度大，其焊接变形也就较其他材料变形大、难 以控制。由于不锈钢中厚大环板刚度小，容易变形，因此应 采取层间控制的多道焊；以对称焊、跳焊调整锚筋焊接时序, 减少单位时间内的热输入量，避免工件局部热量集中。 经分析，环板上锚筋角缝的焊接将导致沿锚筋各径向上发生 角变形，其根本原因是焊缝横向收缩在厚度方向上的不均匀 分布。焊缝正面的变形大，背面的变形小，这样就构成了构 件平面的偏转。 环布锚筋焊接将对环板整体产生以下影 响。 （1）周向变形 锚筋角缝焊接时焊缝根部及熔合线 附近金属发生瞬态热变形，焊后冷却过程中，焊缝及热影响 区金属开始收缩形成焊接残余变形，整个过程可视同在锚筋 排布的环板上表面圆周产生连续拉应力，环板周向收缩最终 将表现为整体锥度变形。如果先焊接内圈锚筋，焊接过程中 角缝及熔合线附近金属受热不均造成压塑性变形，冷却后， 室温下塑性变形与残余应力作用下的弹性形变使环板处于 平衡状态。在环板外圈焊接时，外圈金属被加热至塑性变形 和熔化状态时，环板外圈刚度被削弱，应力集中在此区域。 此时内圈焊接时产生的焊接残余应力得到释放，并有较大的 一部分转化为外圈区域的塑形变形；另剩余一部分残余应 力，其作用下的弹性变形继续存在。伴随冷却，环板锥度变 形加剧，残余应力增加；至室温后，总变形量达到最大，重 新处于平衡状态。故以先对外圈锚筋进行焊接。 （2） 径向（环板宽度）变形锚筋焊接热循环过程中，焊接面高 温区金属的热膨胀因受到焊缝周围及根部温度较低区域金 属的阻碍，而产生压塑性变，焊缝根部金属被挤压形成凸起, 加之高温区金属收缩，焊缝根部局部高于环板平面表现为角 变形。锚筋焊接完毕后会在环板宽度上的体现为弧形变形， 即表现为碗状。 4.变形控制方法 综上所述，焊接变 形是多种因素共同作用的结果，所以通过单一的措施对其进 行控制往往收效甚微。所以，环板的制作应充分考虑各种变 形影响因素，综合制定应对措施。 通过焊接工艺控制， 从决定因素入手，减小焊接热输入，避免热量的不均分布。 改变焊接时序使热输入在环板整体上较为平均，逐层逐道焊 接，严格控制层间温度：将距离较近的内外圈锚筋两根分为 一组，为保证均匀散热按照先外圈后内圈的顺序进行焊接； 完毕后焊接180。对称侧另一组锚筋，同样按照先外后内的 顺序；同时采取隔一组焊一组的分组跳焊法焊接余下锚筋直 至40根锚筋一轮完成。每一轮只焊接一道，然后逐道焊接 直至完成，焊接时注意控制层间温度应小于100°Co 通 过采取上述措施，可达到有效控制锚筋角变形减小，环板整 体变形的目的。 通过刚性固定增加环板本身刚度。刚性 固定应用于10mm以下焊接形状较小的薄板，效果较好。对 厚度12mm以上的大型焊接件由于不能完全消除焊接变形， 但可以减小变形，所以如要避免机械校正必须结合其他办 法。在环板边