浅谈特殊材质的筒体及其法兰装焊工艺

摘 要：特殊材质的筒体及法兰结构由于其精度要求高、焊缝质量要求高的特点，其焊接变形一直是制造过程中的重点把控部位。本文针对筒体及其法兰在装焊过程中，出现的筒体、法兰面及其之间的焊接变形的问题，经过理论与实践的结合与总结，采取制作相应的工装、改善相应的装焊顺序、选用焊接相应的位置、采用恰当的焊接方式，取得了令人满意的效果。

关键词：筒体 法兰 工装 焊接变形

一、法兰的装焊工艺

在套料阶段，根据法兰尺寸大小与兼顾板材的利用率，可将法兰分为2-4块不等。图1所示的法兰外圆理论直径5300mm，内圆理论直径4500mm，理论厚度100mm，材质EH36Z35。

法兰面的装焊步骤：

（1）根据相应的焊接工艺规范（WPS），选择利于施工和符合质量要求的法兰对接缝坡

口形式。图1所示的对接缝坡口形式为1/2&1/2坡口。

（2）装配法兰面板拼板缝，按图1所示，安装码板、卡码、引熄弧板及法兰面板内口安装“轮毂形”支撑。需要注意的是，其“轮毂形”支撑需要保留至筒体与法兰装焊完成，直至作为一个整体在设备安装到位后再割除。

（3）在完成每步的法兰面拼板后，需要测量法兰面板水平度、内外圆椭圆度。

（4）根据图纸将十字中心线在法兰厚度方向的对应位置通过敲出烊冲来标记，用于标记焊缝所在位置。由于法兰面的焊缝余高会根据相关要求磨平，此方法可避免后期在法兰面上钻孔时，把孔钻到焊缝上。

（5）焊接法兰面拼板缝，如图1所示的法兰拼接缝坡口为1/2&1/2坡口，中间留根4mm。具体焊接顺序：①完成第一面四条拼接缝坡口1/2深度的焊接；②法兰翻身，并碳刨清根；

③完成第二面四条拼接焊缝坡口2/3深度的焊接；④将法兰翻身，完成第一面法兰的焊接；

⑤再将法兰翻身，完成第二面法兰的焊接。

以上每步由双数焊工严格按照焊接工艺规范，对称焊接完成。需要注意的是，务必根据精控测得法兰面板水平度、内外圆椭圆度来调整正反面焊接量，采用正反面交替焊接的方法进行反变形矫正，使焊接过程中的变形在可控范围之内。

此外，为了消除其中可能出现的焊接变形，保证法兰面的平整度、内外圆的椭圆度及法兰与筒体间的同心度，可以在套料阶段在法兰的厚度方向及其外径和内径方向上加放适当的余量，在法兰与筒体间装焊结束及上面的设备安装完成后通过机加工的方式，使各个精度参数满足要求。

二、筒体的装焊工艺

在套料阶段，根据筒体尺寸大小与曲面加工设备的加工能力，可将筒体分为1～2块不等。如图2所示，其筒体外圆的理论直径5200mm，高度1500mm，理论厚度50mm，材质EH36Z35。

筒体的装焊步骤：

（1）根据筒子的直径大小，选择筒体对接缝的焊接位置。若筒体直径≦2000mm时，可以将筒子平放，用1G的焊接位置，选用埋弧自动焊进行焊接。若筒子直径﹥2000mm时，可以将筒子立放，用3G的焊接位置，选用二氧焊进行焊接。（2）根据相应的焊接工艺规范（WPS）和筒体对接缝的焊接位置，选择利于施工和符合质量要求的筒体对接缝坡口形式。（3）筒体拼接完成后需测量筒体两端开口处的水平度、内外圆椭圆度。（4）按图2所示，安装扇形长排1、扇形长排2、引熄弧板及筒体内口“十字形”支撑。注意：“十字形”支撑支撑需要保留至筒体与法兰装焊完成，作为一个整体在设备安装到位后，再割除。“十字形”支撑的数量及位置需根据筒体的高度来布置，但是在筒体的两端位置需要布置。（5）筒体对接缝焊接时由双数焊工严格按照焊接工艺规范，对称焊接完成。

三、法兰与筒体之间的装焊工艺

为了实现法兰与筒体间的焊接变形尽可能小，保证法兰面的平整度、椭圆度及法兰与筒体间的同心度符合要求，通过实际操作且取得较好效果的法兰与筒体间的装焊步骤如下：

（1）根据相应的焊接工艺规范（WPS）和筒体的厚度，选择利于施工和符合質量要求的法兰与筒体间的坡口形式。需要注意的是，筒体对接缝与法兰对接缝的位置需要根据设计要求错开，现场需要严格按照错开的距离或角度，进行筒体与法兰之间的装配。（2）以法兰面为胎面，将筒体吊装到法兰面上，采用1F的焊接位置，可以最大限度的减少焊接变形及减少法兰与筒体之间的工装量。（3）法兰与筒体拼接完成后需测量筒体椭圆度、筒体轴线与法兰面板开孔的同心度，通过相应调整，使其符合要求。（4）图3所示的法兰与筒体之间的焊缝为全焊透，其坡口形式为1/2&1/2坡口，每道焊接步骤按图3焊接顺序执行：①完成筒体一侧坡口1/2深度的焊接；②对筒体另一侧坡口进行碳刨清根；③完成筒体另一侧坡口2/3深度的焊接；④完成筒体一侧的焊接；⑤完成筒体另一侧的焊接。

以上每步焊接可按照图3中的序号由双数焊工采用二氧焊对称焊接完成。由于退焊的方式，其起弧点不在焊缝接头处，而是在母材未焊接处，可以避免焊缝接头的再加热以减少接头处的应力集中。此外，需要注意的是在完成法兰筒体与法兰面板每步焊接后，需测量筒体椭圆度、筒体轴线与法兰面板开孔的同心度。发现精度问题后，务必暂停施工，根据具体的不达标的数据，制定相应的方案，来保证施工的顺利进行。

结 语

特殊材质的筒体、法兰及其之间的装焊作为一个特殊区域控制部位，其相关的焊接质量要求及精度要求都十分高。在设计阶段需要提前介入，统筹兼顾各方要求，尽可能使设计符合生产、利于生产，使质量性能、生产效益最大化。在施工前需要进行生产策划及工艺、质量、安全交底，保证生产顺利进行。

参考文献：

[1] 郑艳梅.风电塔筒法兰焊接方法研究[J].科技创业家，2014（05）：92-93.

[2] 卢丙辉.船舶在建造过程中焊接变形的形成及控制[J].商品与质量，2016，（31）：128-128.

作者简介：金云飞（1988-），男，江苏南通人，助理工程师，现任职于中远船务（启东）海洋工程有限公司。