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大型煤气柜地板焊接变形的控制
摘要: 本文主要阐述了煤气柜底板焊接变形的原因，通过分析，采用合理的装焊顺序，并且用反变形法、分段逆向跳焊法等一些技术方法，减小了底板的变形。
关键词: 大底板，拼接，焊接变形，控制
1、引言
煤气柜作为钢铁企业重要的设施之一,在贮存煤气、调节煤气管网压力、合理使用能源、减少环境污染等方面发挥着重要作用。煤气柜柜体材质为碳素钢和低合金钢（Q235B）。煤气柜底板由中心板、边环板和壁板组成，中心板厚度约为6mm。设计要求柜底板焊缝平整、光滑、严密。但在制作安装煤气柜底板时，由于组装和焊接方面的原因，煤气柜中心板易发生中间向上凸起，结果导致中心板产生波浪变形；在装焊边环板时，边环板易产生角变形，将影响中心板和边环板的组装；最后装焊壁板，壁板易产生收缩变形，将影响壁板和边环板的装焊，最终给后面的工作带来麻烦。资料显示，煤气底板一旦发生较大的凸起和变形，其修正作业不但困难费时，而且影响进度和质量。因此优良的焊缝质量是确保煤气柜密闭性和安全运行的重要因素。本文经过对底板变形的分析，采用了一些工艺措施控制了煤气底板的凸起和变形。
2、煤气柜底板焊接变形分析
煤气柜底板由中心板. 边环板和壁板组成。如图1
由于煤气柜底板的中心板易产生横向收缩变形和纵向收缩变形，将导致中心板向上拱起，这是柜底板焊接过程中经常出现的问题。

如图1 底板结构示图
2.1纵向收缩变形的分析
在焊接时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，在焊缝方向上发生收缩，产生了压缩塑性变形。在焊接柜底板时，底板焊缝多而且长，焊缝熔敷金属随截面积的增加而增加，随着焊件截面积的减少而减少。
2.2横向收缩变形的分析
底板焊接后在垂直焊缝方向发生收缩，横向变形沿着焊缝长度上的分布是不均匀的。因为先焊接的焊缝的横向收缩对后焊接的焊缝产生一个挤压作用，使后焊的焊缝横向收缩量更大。一般地，焊缝的横向收缩沿焊接方向由小到大，逐渐增大到一定程度后趋于稳定。对于角焊缝和丁字接头的横向收缩，板材越厚其刚度越大，横向收缩越小。点固焊越大越密，工装夹具的刚度越大，横向变形也就越小。如果出现了较复杂的变形，矫正的工作量可能比焊接工作量还要大。有时变形太大，甚至无法矫正。焊接变形不但影响结构的尺寸准确和外形美观，而且有可能降低结构的承载能力。所以掌握焊接变形的规律，采取有效的预防和消除焊接变形的措施是必要的。
2.3底板的中心板、壁板和边环板的分析
2.3.1在焊接边环板时，易产生角变形，为了防止变形应采用反变形法和一些有效的措施等。
2.3.2在焊接中心板和边环板时是搭接接头，为了防止变形应采用分段逆向大幅度跳焊法。
2.3.3在焊接边环板和壁板时易产生收缩变形，将影响接下来的工作。所以采用对称分段退焊法来防止变形。
3、控制措施
3.1设计措施
3.1.1合理地选择焊缝的尺寸和形式
焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小，焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大。煤气柜柜底板中心板厚度约为6毫米 ，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属，对减少焊接变形有利。尽可能减少不必要的焊缝，合理地安排焊缝的位置都可能减小焊接变形。还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中心轴,并使焊缝的布置与构件中心轴相对称。
3.1.2合理地选择焊接方法
选用线能量较低的焊接方法，可以有效地防止焊接变形。焊接热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。不同的焊接方法的热输入差别较大，在钢结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入最大，在焊缝截面积相同情况下，埋弧焊收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。但是为了控制焊接变形，提高施工进度，采用传统的手工电弧焊方法。其特点为:
(l)焊接设备简单，成本偏低。设备结构简单，便于现场维护、保养和维修。设备使用和安装方便，操作简单，投资少，见效快。
(2)适用于碳素钢、合金钢的焊接应用。
(3)适用于不同位置、接头形式、焊件厚度，对于一些不规则的焊缝，手工电弧焊的工艺更灵活，适应性更强。
（4）电焊机为直流焊机，焊接材料采用酸性焊条，牌号为E4303。
3.1.3焊接层数的影响
焊缝层数的多少将影响焊缝的横向和纵向收缩。对于横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道与堆焊的条件和变形规律，因此，收缩变形相对较小。对于纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊接时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。双面均可焊接操作时，要采用双面对称焊，并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。
3.2工艺控制措施
3.2.1心板焊接
对于心板焊接施工的主要特点是面积大，钢板薄，焊缝多而长，焊接后的收缩变形大。因此，在组装心板时，主要措施是采用分段退焊法，每一条焊缝均由中间向两端对称分段同
步退焊。心板由多块板组成，焊缝坡口为V型，对接间隙为2——3mm。心板安装如图2。

如图2 底板裝焊顺序
先从中心开始按1 、2 、3和1′、2′、3 ′的顺序安装，并焊好中间一条带。然后按4、5、6和4′、5′、6′的顺序装焊，再用退焊法焊接7和7′两条长焊缝。以此类推、焊接其余焊缝。但是中心板焊时容易产生收缩变形，所以必须合理留出收缩缝，适应焊接后的收缩变形。在安装好后，固定焊缝时最好不用点焊的方法，而用如图3所示的装配卡具，借助斜楔固定收缩缝隙。其优点是不阻碍底板的收缩变形。大容积的煤气底板应尽量使用卡具固定收缩缝。

如图3 装配卡具 如图4 边环板焊缝示图
3.2.2边环板焊接
中心板焊好后安装边环板。先焊边环板的每段的径向对接焊缝外端200m长的一段，并铲平以便安装壁板，如图4。在焊接边环板时，每个边环板的对接缝在焊接以后，也因收缩而发生变形，通常变形角度约为1一1.50。为了抵消这种变形，采用反变形法措施，即先将边环板对接口向焊接变形相反的方向垫高，如图5所示。垫高的数值为Z·sinａ“(Z为每块边板的长度，a为1一1.50。)。例如，如果每块边板长度为3000毫米，则垫高值为53～79毫米，取65毫米。图4焊接方法以隔缝跳焊法效果最好，如图6所示。一个焊工焊接两
1-1.5° 1 3

如图5 如图6
条对接缝1和3。先焊对接焊缝1的左边，再焊对接缝3的左边，留出安装壁板的间隙，然后焊对接缝1的右边和对接缝3的右边。用反变形法和隔缝跳焊法焊接边板，可以消除边环板变形。如有2个焊工同时焊，则第2个焊工应在对称位置，用同样的方法同时焊接对接缝13和15。直到对称焊完全部焊缝。接下来就焊接边环板和壁板的角焊缝，焊接后收缩变形更大。以5000立方米的煤气柜为例，直径23680毫米，收缩以1/1000计算，焊接后圆周长度缩短约75毫米，直径方向收缩约24毫米，如不预留收缩缝，由此将使底板中间凸起约230毫米。为了防止变形凸起，应多名焊工对称进行分段退焊。如图7所示，在1和2的位置

如图7 焊接顺序 如图8 多段逆向大幅度跳焊法
应各由一名焊工对称焊，同样3和4也各由一名焊工同时焊，由此类推，焊完壁板。最后焊接边环板和心板的搭接焊缝。同样也是为了防止变形采用多段逆向大幅度跳焊法，如图8所示，是以8名焊工同时施焊为例的焊接方式。焊缝分为8段，每名焊工焊一段，按箭头的指向同时施焊。而每一大段（如AB），又分为4段，按AC---CD---DE---EB次序施焊；每一段（如AC）再划分为4小段，每段长1m，如果还要再细划分为若干段，每一小段约1根焊条所焊的长度，采用逆向分段焊法完成。
这种施焊法集中了分段焊法和跳焊法的优点，可使焊接热作用更加分散和使底板受热均匀，从而减小了焊接变形。
4、结论
综上所述,焊接变形是焊接生产中经常出现的问题,对于大型的并且薄的底板，如果工艺措施不当，将会产生向上凸，结果会产生波浪变形。将影响质量并且工件上出现变形需要花许多的工时去矫正,比较复杂的变形,矫正的工作量可能比正常的焊接工作量还要大,有时变形太大甚至无法矫正,造成废品,因此控制焊接变形就显得十分重要。经过两年的理论、实训还有一些资料证明合理地选择焊接方法和焊接规范,正确制定装配焊接顺序及一些切实可行的工艺措施,就能有效地控制底板的变形。有了这些工艺措施，将对以后薄板的焊接有重要的意义。
参考文献
[1] 建设部. 建筑焊接规程. 中国建筑工业出版社, 2003年
[2] 陈伯蠡. 焊接工程缺欠分析与对策. 北京：机械工业出版社， 1997.12
[3] 邓洪军. 焊接结构生产. 北京：机械工业出版社， 2009.6
[4] 邱葭菲. 焊工工艺学. 北京：中国劳动社会保障出版社， 2005

致 谢
美丽的青海，凉爽的夏都，难忘的交通学院。
  三年的大学生活已接近尾声，回望过去，恍如一夜。从第一次来青海到即将离开青海，有过彷徨、恐慌和失落，更有执着、欣慰和喜悦，这些点点滴滴助长了我的心智，成熟了我的思想，而后我心域更宽，视野更广。
  历经几个月的写作，论文终于可以付梓了。纵览全文，尽管仍有不尽如人意之处，但是总体上还是符合自己的写作初衷，涵盖了几个月对这一论题的研究心得，心里还是多了一份喜悦和成就感。 写作的经历并非一帆风顺，尤其是初稿后的修改，当然离不开别人的帮助和鼓励。
  首先要感谢我的指导老师：邹建英老师，在写作初期邹老师给我们指定了写作路线，写作过程中也得到了邹老师的细心指导，她严谨的治学态度、广博的学识和正直的为人是我学习的榜样，感谢我的专业老师：孙丙岩老师、罗玉娟老师、王兆瑞老师和实习指导老师王从新老师。感谢他们在这三年里辛勤的付出。 
我还要感谢我的父母给了我上学的机会和信心。 感谢我的家人给了我许多帮助和精神上的鼓励，使我能在学校全身心的学习。
感谢我所参考和引用文献的作者们。
  最后我感谢我的朋友给我的鼓励和支持，以及所有帮助我的人，是你们的鼓励使我走到了这一步。
大学生活即将结束，而学习仍将继续，生活还要前行。

目　录

1. 引言 1
2.　煤气柜底板焊接变形分析 1
2.1 纵向焊缝收缩变形的分析 2
2.2 横向焊缝收缩变形的分析 2
2.3 底板的中心板、边环板和壁板的分析 2
3. 控制措施 2
3.1 设计措施 2
3.1.1 合理的选择焊缝的尺寸和形式 2
3.1.2 合理的选择焊接方法 3
3.1.3　焊接层数的影响- 3
3.2 工艺控制措施- 3
3.2.1 心板焊接 3
3.2.2 边环板焊接 4
4. 结论 6
参考文献 6
致谢 7