箱型钢结构件焊接变形的控制.pdf

经验交流 2 0 1 2 年 第5 期 总 第1 2 1 期 机械研究与应用 箱 型钢 结构件焊接变形 的控 制 夏双 全 兰州兰石 国民油井石油工程有限公 司 质量 管理部 ， 甘肃 兰州7 3 0 0 5 0 摘要 箱型铜 结构件 ， 焊接 施工 中既要保 证焊接质 量 ， 又要控 制焊接 变形 ， 保证 箱型钢 结构件 的几何 尺寸及形位 公 差 。通过工 艺分析 、 反 复试验 确定合理 的施 工方案， 达到符合 G B ／ T 1 9 8 0 4几何尺 寸 A级和形位公 差 E级 、 美 国石 油协会 A P I 一 4 F规 范的设计要 求 ， 取得满意的效果 。 关键词 箱型构件 ； 几何尺寸 ； 形位公差 ； 焊接 变形 ； 工 艺措施 中图分类号 T G 4 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 2 0 5 0 1 7 6 0 2 Con t r o l o f we l d i ng d e f o r mat i o n o f bo x-t y pe s t e e l s t r u c t ur a l m e m b e r s Xi a S h ua n g q ua n Q u a l i t y ma n a g e m e n t D e p t ． ， L a n z h o u L S N a t i o n a l o i l w e l l p e t r o l e u m a n d e n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ， L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a Ab s t r a c t F o r t h e we l d i n g o f b o x t y p e s t e e l s t r u c t u r e s ，i t i s i mp o r t a n t t o ma k e s u r e i t s we l d i n g p e rf o r ma n c e a n d c o n t r o l i t s we l d i ng d e f o r ma t i o n S O a s t o g u a r a n t e e i t s g e o me t r i c a l d i me ns i o n s a nd f o rm a n d p o s i t i o n t o l e r a nc e．Th r o ug h t e c hn i c a l p r o c e s s a n a l y z i n g a n d r e p e a t e d l y t e s t i n g， a n a p p l i c a b l e w e l d i n g p r o g r a m i s e x p l i c a t e d ， wh i c h c a n me e t t h e r e q u i r e me n t s for g e o me t r i c a l d i me n s i o n o f g r a d e A a n d f o r m a n d p o s i t i o n t o l e r a n c e o f c l a s s E d e s c r i b e d i n G B ／ T1 9 8 0 4 a n d t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s i n AP I s pe c i fic a t i o n 4F， wh i c h c a n o bt a i n a s a t i s f a c t o r y we l di ng p e r f o r ma n c e． Ke y wo r d s b o x t y p e me mb e r s ； g e o me t r i c a l d i me n s i o n s ； f o r m a n d p o s i t i o n t o l e r a n c e w e l d i n g d e f o r ma t i o n； t e c h n i c a l me a s n r e s 1 引 言 我公 司主要为 国内外用户生 产石油钻机设 备。 其 中井架 、 底 座、 移动 系统 等部件采用箱 型钢结 构。 箱型钢结构件材料多为 Q 3 4 5 一 B或 Q 3 9 0 一 B的板材 ， 截面为矩形。 箱型钢结构是由四块板组焊成型 ， 箱型钢结构件 四角的焊缝为重要焊缝 ， 焊后应进行 1 0 0 ％磁粉探伤 M T 、 1 0 0 ％超声波探伤 U T ， 按美 国焊接协会结构 件焊接规范 A WS D1 ． 1 ． 6 ． C验收。焊接施工中要保 证焊缝 内外质量。控制焊接变形的难度较大， 通过对 箱型钢结构件的工艺分析 、 试验 ， 确定 了合理的工艺 方案。 2工艺分 析 箱型钢结构是 由 四块板组 焊而成 ， 每块板长度 1 5 0 01 2 0 0 0 mm 不等。为提高箱型钢结构件 的刚 度和抗扭能力 ， 在箱 内部沿长度方 向设置多个筋板。 箱型钢结构件 四角 的焊缝采 用 6 0 。 V型坡 口， 无钝 边 ， 间隙 3 m m， 加衬垫的焊缝形式 ， 多层多道连续焊。 由于焊接量大且 四角焊缝熔合截面大 ， 焊接过程中属 局部不均匀的加热和冷却 ， 焊接母材收缩程度不 同， 造成焊接变形。 1 焊接产生横 向收缩 ， 使箱型钢结构件长度尺 寸缩短并造成侧板外鼓 。 2 焊接量大且 四角焊缝熔合截面大 ， 焊接热量 高 ， 上下受热不均 ， 引起箱型钢结构件横 向收缩不一 致而使箱型构件在长度方 向上 出现弯曲。 图 1 箱型钢结构件截面简图 1 ． 下板2 ． 垫板3 ． 侧板4 ． 筋板5 ． 上板 3 由于下料采用气割方式尺寸误差大 ， 铆装问 隙大 ， 造成焊接收缩过大， 使原始尺寸发生变化， 几何 尺寸及形位工差不符合设计要求。 一 旦箱型钢结构件焊后产生几何尺寸及形位公 差超差 ， 矫正工作非常困难 ， 很有可能造成工件报废。 3 影响焊接变形 的因素 焊接是一个局部不均匀加热的过程 ， 焊接热影响 区的收缩将引起构件 的各种变形 和焊接应力 J 其 影响焊接变形 的主要 因素如下 ①焊缝熔 合截而越 大， 焊接产生的热量越多 ， 变形越大 ； ②焊接线能量越 大， 变形越大； ③长焊缝焊接时 ， 连续焊 比间隔焊接变 形大 ； ④不对称焊接 ， 焊接变形大； ⑤焊接层数及焊接 道数越少 ， 变形越大 ； ⑥焊缝 间隙越大 ， 变形越 大； ⑦ 构件刚性越差 ， 变形越大。 收稿 日期 2 0 1 2 一 O 8 2 7 作者简介 夏双全 1 9 6 2 一 ， 男 ， 辽宁昌图人 ， 工程师 ， 主要从事钻采机械产 品质量方面的工作。 1 76 机械 研究与应用 2 0 1 2 年 第5 期 总 第1 2 1 期 经验交流 4 减少变形 的方法 依据影响焊接变形 的因素 ， 通过工艺分析 ， 制定 了以下控制焊接变形量 ， 确保几何尺寸及形位工差符 合设计要求。 4 ． 1 减少焊缝熔合截面 ， 降低焊接产生的热量 箱型钢结构件 四角的焊缝设计采用 6 0 。 V型坡 口， 无钝 边 ， 间隙 3 ra m， 加衬垫 的焊缝形式 。在保证 焊缝强度前提下 ， 更改 为 2 5 。 u型坡 口， 从而减少焊 缝熔合截面 ， 降低焊接产生 的热量。焊接变形减少。 箱型钢结构件 内部原采用连续焊 ， 现更改为跳焊即焊 5 0 mm， 间隔 1 0 0 mm。从 而降低 焊接产 生 的热量 ， 焊 接变形减少。 4 ． 2 减少焊接线能量 箱型钢结构件内部原采用手工电弧焊 ， 现改用线 能量较低 的 C O 气体保护焊。箱型钢结构件四角的 焊缝原采用埋弧 自动焊 ， 现 改用线能量 较低 的 C O 气体保护焊。采用焊接工艺规范参数 ， 尽可能用小规 范参数。有效降低了焊接线能量 ， 焊接变形减少 。 4 ． 3改用间隔焊接 长焊缝焊接时 ， 原采用连续焊 ， 现改用间隔焊接 。 有效降低 了焊接热量 ， 焊接变形减少 。 4 ． 4采 用对 称焊 接 箱型钢结构件四角 的焊缝原焊接工艺没有 限制 焊接采用对称焊接 ， 现焊接工艺规定采用对称焊接 ， 即双人在同一纵截面同时 同方 向焊接 ， 焊接变形减 少 。 4 ． 5 增 加焊 接层 数 箱型钢结构件四角的焊缝在原焊接工艺要求焊 接层数为 5层 ， 焊肉宽度 ≤1 8 ram。现采用 焊接层数 为 6层 ， 焊肉宽度 ≤1 5 m m。焊接变形有效降低 。 4 ． 6采 用机械 加 工方 法 原下料采用气 割方法 ， 下料尺寸误 差大 2 m m， 箱型钢结构件组对间隙大 ， 焊后收缩大。现下料采用 机械加工方法 ， 下料尺寸误差控制在 ≤ 0 ． 5 m m， 箱 型钢结构件组对 间隙减小 ， 焊接变形减少。 4 ． 7 增加筋板 原箱型钢结构件无筋板 ， 构件刚性差。现设计在 箱型钢结构件 内腔长度 方 向每 5 0 0 ra m增 加一个 筋 板。并且筋板下料要求采用机械加工方法 。不但增 强刚性 ， 而且容易保证截面几何尺寸 。焊接变形有效 降低 。 5 制定规范 完善 工艺 加 强管理 1 修正焊接工艺参数 焊接人员资格 、 焊接材 料 、 焊接设备 、 焊道清理、 焊接顺序 、 焊接层数 、 焊缝宽 度 、 焊接电流 、 焊接电压 、 焊接速度 、 送丝速度 、 C O 气 体流量。 2 制定焊接工艺过程 减少焊接应力及变形 ， 采用分段对称焊。对每条焊缝规定严格的焊接顺序。 3 加强工艺纪律管理 ； 对涉及人员进行全面惯 彻执行。 4 编制检验规程 制定每道工序质量检验控制 点的检验内容 、 方 法及检验标准。实施见证记录 ， 严 格执行不合格品控制程序。 6 结论 经过我公司多年生产实践证明， 通过对箱 型钢结 构件焊接变形影响的因素分析 ， 采取措施 ， 并经过反 复试验对焊接工艺参数的修正 ， 生产的箱型钢结构件 满足设计要求 ， 得到了国内外用户及第三方监检的充 分肯定 ， 表 1为检测部位数据对 比表 。 表 1 检测部位数 据对 比表 ／ ra m 2 0 0 6． 参考文献 [ 2 ] 郑 昊 ，李红 涛 ， 周 静． 工业 炉 H 型钢结 构件 焊接 质量 控制 [ 1 ] 付 荣柏． 焊接变形 的控制 与矫 正 [ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， [ c] 第 七届 全国现代结构工程学术研讨会论文集 天津 ， 2 o 0 7 l 7 7