堆水池不锈钢覆面焊接变形控制

2020-11-27罗东明舒磊

商品与质量 2020年8期

罗东明舒磊

中核工程咨询有限公司北京 100073

堆水池不锈钢覆面（以下简称钢覆面）安装在堆水池内，采用现场预制拼装成型，吊装就位后进行混凝土浇筑。覆面采用大壁厚钢板拼焊成型，焊接结构复杂，现场焊接量大，现场施工难度大。本文根据现场的施工情况对制作过程中所采用的事前预防、事中焊接变形控制、事后焊接质量问题跟踪处理的有效措施进行论述。

1 焊接变形的产生原因及主要变形

钢覆面制作施工过程中的变形以焊接变形为主。焊接变形主要是由于钢板在焊接过程中不均匀受热引起的。焊缝附近金属受热膨胀，产生向外的压应力，受到周围金属的挤压，在温度逐渐冷却时形成塑性变形。温度继续降低，塑性变形部分冷却收缩，在焊缝处形成向内的拉应力。在施工过程中，这些变形主要表现为横向收缩变形、纵向收缩变形、角变形和波浪变形。变形若在偏差范围内则不会影响堆水池的使用，如变形超差不仅影响整体美观而且会降低承载能力及稳定性，甚至会造成安全事故[1]。

2 事前预控措施

2.1 焊接工艺控制

预控的焊接工艺包括坡口形式，焊接方法及工艺参数等，由于钢覆面底板及筒壁均采用大厚壁对接焊方式，因此坡口形式的采用对焊接变形影响相当重要，根据设计图纸的坡口尺寸及要求，均采用对称的双V型坡口，既保证了焊接强度，又减小焊接变形。

根据设计图纸的坡口尺寸及要求，选用了氩弧打底，焊条填充盖面的焊接方法，一方面减少背面清根的打磨工作量，另一方面避免因清根导致的热输入不对称。保障了焊接质量的同时又在一定程度上对焊接变形起到了预控作用[2]。

2.2 焊接收缩量预控

焊接变形收缩是复杂的，对接焊缝的收缩变形与坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。除其它因素，变形大小与焊缝的填充金属量、输入热量成正比。多道焊时，每道焊缝所产生的横向收缩量逐层递减。

根据双V对接焊缝横向收缩近似值及公式：y=0.908＊e^（0.0467x）。其中y=收缩近似值，e=2.718282，x=板厚；可得出底板焊接焊缝横向近似收缩量为2.9mm；筒身焊缝横向近似收缩量为2.3mm。通过施工前的焊接收缩量预估算，可为现场安装时预留收缩量提供参考，从而保证安装尺寸满足设计要求。

根据焊缝收缩量公式，施工前进行质量风险分析识别及预控，发现如果组对间隙较小，在焊接过程中由于母材板厚较大，氩弧打底后由于收缩导致坡口间隙不足，焊条填充时会造成卡条。在模拟试件验证时，发现此问题果真存在。因此参考焊缝收缩量调整坡口组对间隙，满足现场施工要求。

3 事中焊接变形控制

3.1 底板焊接变形控制

钢覆面底板由分块板拼焊组成，底板焊缝为X型坡口，底板组对完成后通过刚性固定法，在焊缝正面布置垂直于焊缝的槽钢以减小对接焊缝的角变形。焊前将组对时的定位点焊缝磨开，让底板处于自由伸缩的状态，以利于焊接时能自由伸缩，以补偿焊接应力所产生的横向收缩变形。底板焊接采用合理的焊接顺序，先短焊缝、后长焊缝原则，长焊缝由中心向两侧分段退焊或跳焊。在选择工艺参数时，在保证焊缝质量的情况下，尽可能选择小电流、快速焊，降低焊缝的热输入量，减小变形[3]。

3.2 筒体壁板焊接变形控制

筒体由五段组成，每段由4块分块板拼焊而成，采用正装法施工。在第一层壁板纵缝组焊完成后，进行第二层壁板的吊装及点固，第二层壁板纵缝焊接完毕后即进行一、二层环缝的焊接，相互牵制，可减少焊接产生的变形。以此类推完成筒体拼装施工。

筒体的变形主要集中在纵向焊缝和环焊缝附近，焊接变形主要是焊缝内凹。因此筒身焊接变形控制除与底板焊接变形控制措施一致外，还应注意由于筒体分块板下料时未留余量，因此纵缝组对的间隙及焊接收缩成为环缝组对的重要影响因素，为保证环焊缝组对错边满足要求，应在筒身纵缝组对时考虑焊接收缩。

纵缝上部应力较大，需采用刚性固定。纵向焊缝在焊接第一层焊道时采用自下向上分段退焊或跳焊，由四名焊工同一焊接参数、同时施焊。环缝焊接时采用多层多道焊，由四名焊工沿罐壁圆周对称均布，同一焊接参数、同一方向分段施焊。纵缝焊接完成后，需对筒身圆度进行矫正以满足设计尺寸要求。现场采用千斤顶将胀圈胀紧到壁板中部进行调整和加强固定。

环缝组对时应以矫正合格的下层筒身作为基准进行组对，采用工装进行错边控制。待组对完成后，需在上层纵缝完成胀圈安装固定后进行环缝焊接。

3.3 筒体与底板焊接变形控制

底板与筒体间的大角缝是钢覆面受力最不利的地方，是钢覆面最薄弱的环节，焊缝载面尺寸大，焊材填充量大，焊接收缩变形量大，因而焊接变形不易控制。重点控制措施为将大角缝按圆周均匀划分，由几名焊工同时同向对称施焊，各区域内的焊缝采用分段退焊法或分段跳焊法施焊；在大角缝内外安装刚性固定减小变形。焊接过程中严格控制层间温度。

4 事后控制

焊接变形的矫正。虽然焊前通过坡口形式，焊接工艺，预留收缩量，刚性固定，焊接顺序等预防措施控制减少焊接变形，但焊接变形是不可避免的，只能减小不能消除，为了更有效地控制焊接变形，在焊接后可采用机械矫正法进行矫正。利用外力使受力部位产生冷塑性拉伸变形，通过千斤顶进行顶伸，在筒体上焊接临时附件用钢丝绳进行牵引，将圆度调整至所要求的尺寸形状。