閥組預(yù)制及吊裝過程中變形因素的分析與控制

【摘 要】根據(jù)大慶油田的開發(fā)建設(shè)形勢，各轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)工程中工藝管道安裝工程量急劇增長。我們采取了標(biāo)準(zhǔn)化閥組預(yù)制的方式，來滿足快速建站的需要。在閥組預(yù)制過程中采用合理的加工工序、先進(jìn)的焊接工藝。保證了產(chǎn)品質(zhì)量、性能，大大減少閥組的返修率。本文重點闡述了閥組在預(yù)制焊接、吊裝過程中變形因素的分析及所采取有效的變形控制措施。

【關(guān)鍵詞】閥組預(yù)制；變形因素分析；變形控制措施

前言

目前大慶油田各轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)工程中的計量間、集油間、集油収球間閥組以及站場內(nèi)部的油氣集輸管線，均采用了標(biāo)準(zhǔn)化閥組預(yù)制的形式，改變了以往在現(xiàn)場直接制作安裝的一些局限性?，F(xiàn)場組裝量相對工程量減少，受氣候等不利因素影響小，同時閥組預(yù)制拆解具有規(guī)律性和互換性，加快了施工進(jìn)度。合理的組裝避免了高空作業(yè)?？s小了作業(yè)范圍，降低了施工的安全風(fēng)險。

預(yù)制的閥組材質(zhì)多為碳鋼、不銹鋼；在數(shù)量上以中低壓管道為主，高壓管道所占比例相對較少；存在大量馬鞍口開制工作量；焊縫形式以對接焊縫為主；焊接質(zhì)量要求較高。為保證閥組產(chǎn)品的質(zhì)量及使用性能我們采用合理的預(yù)制工序及氬弧焊打底，自動焊蓋面的焊接工藝。并對焊接及吊裝過程中產(chǎn)生的變形因素加以分析采取有效的控制措施。

1、閥組預(yù)制焊接過程中變形因素及種類

在閥組預(yù)制匯管開孔、匯支管組對焊接及閥組吊裝運輸過程中由于焊接殘余變形及吊裝變形對閥組結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其性能均有較大影響，它不但影響了結(jié)構(gòu)的外形尺寸及其精度，增加了矯正工作量，而且會降低結(jié)構(gòu)的承載能力。因此我們對上述因素產(chǎn)生變形的原因進(jìn)行分析并采取有效的控制措施

1.1影響閥組焊接變形的因素

1)焊接方法：不同的焊接方法將產(chǎn)生不同的溫度場，形成的熱變形也不相同。一般來說自動焊比手工焊加熱集中，受熱區(qū)窄，變形較?。籆O2氣體保護(hù)焊焊絲細(xì)，電流密度大，加熱集中，變形小，比手工焊更適合于焊接。

2)焊接參數(shù)（焊接電流、電弧電壓、焊接速度）：焊接變形隨焊接電流和電弧電壓增大而增大，隨焊接速度增快而減小，其中電弧電壓的作用明顯。因此低電壓、高速大電流密度的自動焊變形較小。

3)焊縫數(shù)量和斷面大小：焊縫數(shù)量愈多，斷面尺寸愈大，焊接變形愈大。

4)施焊方法：連續(xù)焊、斷續(xù)焊的溫度場不同，產(chǎn)生的熱變形也不同。通常連續(xù)焊變形較大，斷續(xù)焊變形較小。

5)材料的熱物理性能：不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和膨脹系數(shù)等均不同，產(chǎn)生的熱變形不同，焊接變形也不同。

6)焊接夾具的設(shè)計合理性：采用焊接夾具，增加了閥組匯支管的剛性，從而影響到焊接變形。

7)焊接程序：焊接程序能引起匯管在不同組合階段剛性變化和質(zhì)心位置改變，對控制閥組匯支管焊接變形有很大影響。

1.2閥組焊接變形的種類

焊接變形分為整體變形和局部變形，整體變形是焊接以后，整個閥組的匯支管的尺寸或形狀發(fā)生變化，包括縱向和橫向收縮，彎曲變形和扭曲變形等；局部變形是指焊接后閥組匯支管的局部區(qū)域出現(xiàn)變形，包括角變形和波浪變形等。

2、閥組焊接變形的控制措施

2.1工藝措施

工藝措施是指在閥組匯支管組對焊接過程中所采用的一系列措施，將其分為焊前預(yù)防措施、焊接過程中的控制措施和焊后矯正措施。

1）焊前預(yù)防措施

焊前預(yù)防主要包括反變形、和剛性固定法。反變形法是根據(jù)預(yù)測的焊接變形大小和方向，在待焊管件組對時造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)、方向相反的反變形量，焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形量，使閥組匯支管恢復(fù)到設(shè)計要求的幾何形狀和尺寸。剛性固定法是采用夾具或剛性胎具將被焊管件盡可能地固定，可有效地控制待焊管件的角變形與彎曲變形等。剛性固定法對控制角變形和波浪變形有效，但對防止彎曲變形的效果遠(yuǎn)不如反變形法。常用的反變形及剛性固定法：

反變形法：先將匯管固定在表面平整的工裝上，然后在匯管中心位置墊起（8～10）L/1000，在中心與管端這段距離取中心墊起相應(yīng)高度。兩側(cè)對稱。（注：L為匯管長度）

剛性固定法：采用自制卡具，將鋼板按照管徑范圍折出需要槽；再根據(jù)閥組實際尺寸在鋼板上開孔，將匯管置于槽中用可拆卸緊固螺栓加以固定。

2）焊接過程控制措施

焊接過程控制主要有采用合理的焊接方法和焊接規(guī)范參數(shù)選擇合理的焊接順序，焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力和變形的產(chǎn)生影響較大，在采用不同的焊接順序時，可以改變殘余應(yīng)力的分布規(guī)律 ，同時該方法對于控制焊接變形有較大的作用，尤其在多道焊中，作用更加明顯。同時還可以在焊接過程中降低焊件溫度。在閥組匯支管及管件組對過程中常用的焊接方法、焊接順序及控制方法。

點焊法：管匯組對時，當(dāng)子管的公稱直徑小于或等于200mm時定位焊4點；當(dāng)管子的公稱直徑大于200mm時，定位點焊6點，并均勻分布（也可根據(jù)實際情況增加點數(shù)）。

跳焊法：這種方法除立焊外，平焊、橫焊、仰焊三種方法都適用?？梢苑稚⒑缚p熱量，避免或減小變形。鋼材每段焊縫長度應(yīng)在200～400mm之間；鑄鐵焊件按鑄鐵焊接規(guī)范處理；不銹鋼和銅由于導(dǎo)熱快，每段長度不宜超過200mm。

分中對稱法：這種方法適用于焊縫較短的焊件。為了減小變形，由中心向兩端一次焊完。

冷卻法，匯支管組對焊接過程中，氬弧打底完成即將匯管兩側(cè)封堵，從一側(cè)支管向匯管內(nèi)灌注常溫潔凈水用來冷卻焊接過程中產(chǎn)生的熱量，減小變形。灌注至水溢出最低支管即可。

3）焊后矯正措施

當(dāng)閥組匯支管組對焊接后，只能通過矯正措施來減小或消除已發(fā)生的殘余變形。焊后矯正措施主要分為局部加熱矯正法和機(jī)械矯正法。

局部熱矯正法:采用火焰對焊接閥組匯支管局部加熱，在高溫處，材料的熱膨脹受到本身剛性制約，產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，冷卻后收縮，抵消了焊后部位的伸長變形，達(dá)到矯正目的。

械矯正法：利用機(jī)械力或沖擊能等進(jìn)行焊接變形矯正，包括靜力加壓矯直法、錘擊法等。

3、閥組在吊裝運輸過程中的變形因素及控制措施

3.1閥組吊裝變形的因素

分片預(yù)制好的閥組在吊裝運輸中，如果不采取保護(hù)措施，吊裝力直接作用在閥組匯管上閥組極易發(fā)生變形，造成相當(dāng)嚴(yán)重的后果?，F(xiàn)場實際安裝過程中需要二次維修矯正，不但影響使用性能，還影響產(chǎn)品美觀。

3.2閥組吊裝變形的控制措施

為解決閥組吊裝運輸途中閥組變形問題，我們研制了閥組撬裝架，是采用無縫管、槽鋼、方管、鋼板組焊連接而成，在使用過程中先將分片預(yù)制焊接完畢的閥組固定于閥組撬裝架中，并用可拆卸的緊固螺栓或鋼絲加以固定，令二者成為整體；然后可將整體進(jìn)行吊裝運輸。主要是將吊裝應(yīng)力從閥組匯管轉(zhuǎn)移到撬裝架上，同時方便運輸，控制變形效果良好。

4、結(jié)論

綜合分析上述焊接變形及吊裝變形的影響因素與減小焊接變形及吊裝變形的措施，基本了解焊接變形吊裝變形的原因及變形的種類，針對焊接變形吊裝變形的原因和控制措施從焊接工藝、吊裝方法等方面進(jìn)行改進(jìn)，有效防止減少焊接變形及吊裝變形所帶來的危害。