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

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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

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