堆水池不銹鋼覆面焊接變形控制

羅東明 舒磊

中核工程咨詢有限公司 北京 100073

堆水池不銹鋼覆面（以下簡(jiǎn)稱鋼覆面）安裝在堆水池內(nèi)，采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制拼裝成型，吊裝就位后進(jìn)行混凝土澆筑。覆面采用大壁厚鋼板拼焊成型，焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)焊接量大，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況對(duì)制作過(guò)程中所采用的事前預(yù)防、事中焊接變形控制、事后焊接質(zhì)量問題跟蹤處理的有效措施進(jìn)行論述。

1 焊接變形的產(chǎn)生原因及主要變形

鋼覆面制作施工過(guò)程中的變形以焊接變形為主。焊接變形主要是由于鋼板在焊接過(guò)程中不均勻受熱引起的。焊縫附近金屬受熱膨脹，產(chǎn)生向外的壓應(yīng)力，受到周圍金屬的擠壓，在溫度逐漸冷卻時(shí)形成塑性變形。溫度繼續(xù)降低，塑性變形部分冷卻收縮，在焊縫處形成向內(nèi)的拉應(yīng)力。在施工過(guò)程中，這些變形主要表現(xiàn)為橫向收縮變形、縱向收縮變形、角變形和波浪變形。變形若在偏差范圍內(nèi)則不會(huì)影響堆水池的使用，如變形超差不僅影響整體美觀而且會(huì)降低承載能力及穩(wěn)定性，甚至?xí)斐砂踩鹿蔥1]。

2 事前預(yù)控措施

2.1 焊接工藝控制

預(yù)控的焊接工藝包括坡口形式，焊接方法及工藝參數(shù)等，由于鋼覆面底板及筒壁均采用大厚壁對(duì)接焊方式，因此坡口形式的采用對(duì)焊接變形影響相當(dāng)重要，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的坡口尺寸及要求，均采用對(duì)稱的雙V型坡口，既保證了焊接強(qiáng)度，又減小焊接變形。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的坡口尺寸及要求，選用了氬弧打底，焊條填充蓋面的焊接方法，一方面減少背面清根的打磨工作量，另一方面避免因清根導(dǎo)致的熱輸入不對(duì)稱。保障了焊接質(zhì)量的同時(shí)又在一定程度上對(duì)焊接變形起到了預(yù)控作用[2]。

2.2 焊接收縮量預(yù)控

焊接變形收縮是復(fù)雜的，對(duì)接焊縫的收縮變形與坡口形式、對(duì)接間隙、焊接線的能量、鋼板的厚度和焊縫的橫截面積等因素有關(guān)，坡口大、對(duì)接間隙大，焊縫截面積大，焊接能量也大，則變形也大。 除其它因素，變形大小與焊縫的填充金屬量、輸入熱量成正比。多道焊時(shí)，每道焊縫所產(chǎn)生的橫向收縮量逐層遞減。

根據(jù)雙V對(duì)接焊縫橫向收縮近似值及公式：y=0.908＊e^（0.0467x）。其中y=收縮近似值，e=2.718282，x=板厚；可得出底板焊接焊縫橫向近似收縮量為2.9mm；筒身焊縫橫向近似收縮量為2.3mm。通過(guò)施工前的焊接收縮量預(yù)估算，可為現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)預(yù)留收縮量提供參考，從而保證安裝尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)焊縫收縮量公式，施工前進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析識(shí)別及預(yù)控，發(fā)現(xiàn)如果組對(duì)間隙較小，在焊接過(guò)程中由于母材板厚較大，氬弧打底后由于收縮導(dǎo)致坡口間隙不足，焊條填充時(shí)會(huì)造成卡條。在模擬試件驗(yàn)證時(shí)，發(fā)現(xiàn)此問題果真存在。因此參考焊縫收縮量調(diào)整坡口組對(duì)間隙，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

3 事中焊接變形控制

3.1 底板焊接變形控制

鋼覆面底板由分塊板拼焊組成，底板焊縫為X型坡口，底板組對(duì)完成后通過(guò)剛性固定法，在焊縫正面布置垂直于焊縫的槽鋼以減小對(duì)接焊縫的角變形。焊前將組對(duì)時(shí)的定位點(diǎn)焊縫磨開，讓底板處于自由伸縮的狀態(tài)，以利于焊接時(shí)能自由伸縮，以補(bǔ)償焊接應(yīng)力所產(chǎn)生的橫向收縮變形。底板焊接采用合理的焊接順序，先短焊縫、后長(zhǎng)焊縫原則，長(zhǎng)焊縫由中心向兩側(cè)分段退焊或跳焊。在選擇工藝參數(shù)時(shí)，在保證焊縫質(zhì)量的情況下，盡可能選擇小電流、快速焊，降低焊縫的熱輸入量，減小變形[3]。

3.2 筒體壁板焊接變形控制

筒體由五段組成，每段由4塊分塊板拼焊而成，采用正裝法施工。在第一層壁板縱縫組焊完成后，進(jìn)行第二層壁板的吊裝及點(diǎn)固，第二層壁板縱縫焊接完畢后即進(jìn)行一、二層環(huán)縫的焊接，相互牽制，可減少焊接產(chǎn)生的變形。以此類推完成筒體拼裝施工。

筒體的變形主要集中在縱向焊縫和環(huán)焊縫附近，焊接變形主要是焊縫內(nèi)凹。因此筒身焊接變形控制除與底板焊接變形控制措施一致外，還應(yīng)注意由于筒體分塊板下料時(shí)未留余量，因此縱縫組對(duì)的間隙及焊接收縮成為環(huán)縫組對(duì)的重要影響因素，為保證環(huán)焊縫組對(duì)錯(cuò)邊滿足要求，應(yīng)在筒身縱縫組對(duì)時(shí)考慮焊接收縮。

縱縫上部應(yīng)力較大，需采用剛性固定?？v向焊縫在焊接第一層焊道時(shí)采用自下向上分段退焊或跳焊，由四名焊工同一焊接參數(shù)、同時(shí)施焊。環(huán)縫焊接時(shí)采用多層多道焊，由四名焊工沿罐壁圓周對(duì)稱均布，同一焊接參數(shù)、同一方向分段施焊?？v縫焊接完成后，需對(duì)筒身圓度進(jìn)行矯正以滿足設(shè)計(jì)尺寸要求?，F(xiàn)場(chǎng)采用千斤頂將脹圈脹緊到壁板中部進(jìn)行調(diào)整和加強(qiáng)固定。

環(huán)縫組對(duì)時(shí)應(yīng)以矯正合格的下層筒身作為基準(zhǔn)進(jìn)行組對(duì)，采用工裝進(jìn)行錯(cuò)邊控制。待組對(duì)完成后，需在上層縱縫完成脹圈安裝固定后進(jìn)行環(huán)縫焊接。

3.3 筒體與底板焊接變形控制

底板與筒體間的大角縫是鋼覆面受力最不利的地方，是鋼覆面最薄弱的環(huán)節(jié)，焊縫載面尺寸大，焊材填充量大，焊接收縮變形量大，因而焊接變形不易控制。重點(diǎn)控制措施為將大角縫按圓周均勻劃分，由幾名焊工同時(shí)同向?qū)ΨQ施焊，各區(qū)域內(nèi)的焊縫采用分段退焊法或分段跳焊法施焊；在大角縫內(nèi)外安裝剛性固定減小變形。焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制層間溫度。

4 事后控制

焊接變形的矯正。雖然焊前通過(guò)坡口形式，焊接工藝，預(yù)留收縮量，剛性固定，焊接順序等預(yù)防措施控制減少焊接變形，但焊接變形是不可避免的，只能減小不能消除，為了更有效地控制焊接變形，在焊接后可采用機(jī)械矯正法進(jìn)行矯正。利用外力使受力部位產(chǎn)生冷塑性拉伸變形，通過(guò)千斤頂進(jìn)行頂伸，在筒體上焊接臨時(shí)附件用鋼絲繩進(jìn)行牽引，將圓度調(diào)整至所要求的尺寸形狀。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼覆面安裝過(guò)程中產(chǎn)生的焊接變形進(jìn)行分析，從現(xiàn)場(chǎng)預(yù)控及控制、焊后變形矯正等方面入手，采用合理的預(yù)防措施、工藝措施對(duì)焊接變形和進(jìn)行控制。最終堆水池不銹鋼覆面焊接變形、焊縫質(zhì)量、整體幾何尺寸均符合設(shè)計(jì)文件要求，所積累的焊接變形方面的經(jīng)驗(yàn)對(duì)后續(xù)類似設(shè)備安裝施工具有一定的參考意義。