【doc】蘇丹麥洛維電站低位泄水弧門(mén)焊接工藝及變形控制

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【doc】蘇丹麥洛維電站低位泄水弧門(mén)焊接工藝及變形控制【doc】蘇丹麥洛維電站低位泄水弧門(mén)焊接工藝及變形控制蘇丹麥洛維電站低位泄水弧門(mén)焊接工藝及變形控制WeldingTechno1oV01.38N0.11N0v.2009?焊接質(zhì)量控制與管理?59文章編號(hào):1002025X(2009)11-0059-04蘇丹麥洛維電站低位泄水弧門(mén)焊接工藝及變形控制孫文.胡平(水電七局水工機(jī)械廠,四川彭山620860)摘要:針對(duì)蘇丹麥洛維電站低位泄水閘弧形門(mén)的特殊工藝要求及制造難點(diǎn),經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)分析并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件采取了合理

2、的工藝措施,控制了不銹鋼弧門(mén)結(jié)構(gòu)件焊接變形的問(wèn)題.達(dá)到了產(chǎn)品質(zhì)量要求.并對(duì)此結(jié)構(gòu)形式的制作難點(diǎn)和工藝方法要點(diǎn)進(jìn)行闡述,希望能為同類(lèi)易變形的結(jié)構(gòu)件提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn).關(guān)鍵詞:弧門(mén);焊接工藝;變形控制中圖分類(lèi)號(hào):TG457文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B1產(chǎn)品簡(jiǎn)介及技術(shù)要求本單位承建的蘇丹麥洛維電站工程金屬結(jié)構(gòu)制造.其中低位泄水閘弧形門(mén)制作工藝特殊:面板采用1Crl3不銹鋼,其他梁系部件為Q235B碳素鋼,規(guī)格為4.882mx2.5m,水頭57.0nl,門(mén)葉自身質(zhì)量43.747t.分上下2節(jié)制造.主要技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是:閘門(mén)工作采用液壓起閉底部沖水閘的下游孔口,并控制閘門(mén)在全開(kāi)時(shí)的下游泄洪,弧門(mén)面板止水:閘門(mén)整體焊接后經(jīng)

3、振動(dòng)效應(yīng).其面板弧度必須經(jīng)銑削加工成形.要求曲率半徑(7500+2)mm,面板橫向直線(xiàn)度1.5mm,且面板銑削加工后最小厚度不能小于設(shè)計(jì)厚度16mm.最終產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收要達(dá)到DL,r5018-2004水利水電工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范,設(shè)計(jì)圖樣及蘇丹麥絡(luò)維大壩工程3D標(biāo)技術(shù)文件的質(zhì)量要求.由此可見(jiàn),該工程質(zhì)量要求較高,若對(duì)這種易變收稿日期:20090622形結(jié)構(gòu)件不進(jìn)行特殊的工藝措施控制是難以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的要求.針對(duì)這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及產(chǎn)生變形的原因進(jìn)行分析,采取控制變形的有效措施,制定合理的焊接工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障.2結(jié)構(gòu)分析門(mén)葉整體由上下2節(jié)結(jié)構(gòu)組成,如圖1所示,其主要由曲率半徑為7

4、500mm(外弧)的面板(規(guī)格:16mmx4850mmx5260mm),縱向11件不同類(lèi)型的T形隔梁和4件邊梁,1件丌形吊耳:橫向2件箱形主梁和8件工字小梁及104件梯形小肋板組成.焊縫密集,集中在面板一側(cè),分布不對(duì)稱(chēng)且焊接量大,在其他梁系部件與面板焊接時(shí).由于受熱不均勻,門(mén)葉會(huì)產(chǎn)生較大的撓曲變形和應(yīng)力集中,同時(shí)面板會(huì)產(chǎn)生凹凸不平.不但影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確性,而且直接影響到面板銑削的加工量.導(dǎo)致銑削后面板厚度差異較大,達(dá)不到質(zhì)量要求.其次,由于面板材料為1Crl3不銹鋼,導(dǎo)熱性差,線(xiàn)膨脹系數(shù)較大.使變形體,具有良好的焊接性.(2)焊接過(guò)程中焊接參數(shù)的合理匹配,能夠有效地防止焊接過(guò)程中氣孔和未

5、熔合等缺陷的產(chǎn)生.(3)采用上述工藝焊接的焊接接頭各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求,證明了該工藝的可行性.參考文獻(xiàn):1張鵬程,唐獲,武會(huì)賓,等.x8o級(jí)管線(xiàn)鋼硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂研究J.材料保護(hù),2008,41(7):1012.2許洪汛,唐荻,江海濤,等.X80管線(xiàn)鋼組織性能研究J.新技術(shù)新工藝,2008.28(9):7678.3占煥校,王勇,呂統(tǒng)全,等.X80鋼焊接熱影響區(qū)的二次熱循環(huán)組織脆化J.壓力容器,2008,25(2):1012.作者簡(jiǎn)介:姜靜威(1978一),男,工程師,現(xiàn)工作于大慶油田建設(shè)集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院,主要從事焊接T藝試驗(yàn)與研究_T作.60?焊接質(zhì)量控制與管理?焊接技術(shù)第38卷第

6、11期2009年11月更為突出,焊后會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和變形,影響門(mén)葉結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性.由此可見(jiàn).閘門(mén)整體焊接變形控制是制作難點(diǎn),如果不采取特殊措施矯正焊后的變形,工作量不但比焊接工作量大幾倍,而且還難以保證質(zhì)量要求.蓬主歪弱lL一0一L一上.lj一一蓋jIIl8llI靖'llj1囊./一."尊llIl豫lfll124251.524251.5l_A面板,小梁,肋板,邊粱3控制變形的方法在閘門(mén)制作過(guò)程中.除了借鑒已有制作閘門(mén)的施工經(jīng)驗(yàn).還必須結(jié)合該閘門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),制定特殊的工藝措施和工藝要點(diǎn)來(lái)控制變形.3.1確定工藝流程及質(zhì)量控制點(diǎn)為了減小或消除影響閘門(mén)整體的變形,采取把影響總

7、體結(jié)構(gòu)變形最大的焊縫分散到部件中焊接,盡量減少閘門(mén)整體焊接的焊縫量,同時(shí)制定詳細(xì)的工藝流程,保證各個(gè)零部件的成形質(zhì)量,控制閘門(mén)整體焊接變形.主要工藝流程及質(zhì)量控制點(diǎn):原材料檢驗(yàn)矯正下料零部件對(duì)裝(主梁,小梁,隔梁,吊耳)一零部件焊接一零部件矯正一+零部件機(jī)加工(主梁后翼銑平,吊耳堂孔,面板加工卷弧)一面板拼焊調(diào)弧一整體放樣對(duì)裝一整體焊接附件及剩余部件補(bǔ)充對(duì)裝焊接(如焊接位置受影響的部件后裝焊)一閘門(mén)翻面矯正一振動(dòng)效應(yīng)與支臂大組確定機(jī)加量一面板機(jī)加工一尾工處理.3.2確定收縮余量借鑒已有閘門(mén)制作經(jīng)驗(yàn),焊接收縮量不難確定,通常根據(jù)焊縫量及板厚估算即可.當(dāng)弧形閘門(mén)整體焊接收縮復(fù)雜,整體焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生面

8、板長(zhǎng)度方向收縮和面板寬度方向收縮及閘門(mén)整體向上撓曲,且曲率半徑R+2mm很難保證.為此,弧門(mén)收縮余量的確定是控制門(mén)葉變形必不可少的工藝方法.而此弧門(mén)的不同之處就是面板厚度方向留有機(jī)加工量,結(jié)合該弧門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定合理的收縮余量:(1)從經(jīng)濟(jì)和確保質(zhì)量的角度考慮.面板厚度方向留有8mm的機(jī)加工余量(即面板制作前24mm,機(jī)加后16mm);(2)由于門(mén)葉寬度方向兩側(cè)和長(zhǎng)度方向及低緣止水,邊緣需要進(jìn)行機(jī)加工保證直線(xiàn)度,所以收縮余量的確定可以適當(dāng)?shù)钠?故在理論收縮值上增加510mm即可:椐施工經(jīng)驗(yàn),類(lèi)似于此種門(mén)葉結(jié)構(gòu)尺寸的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼弧門(mén)面板在長(zhǎng)度方向收縮量在5mm左右,寬度方向收縮量在7mm左右

9、,因此面板為不銹鋼1Crl3,線(xiàn)膨脹系數(shù)較大,其收縮量是普通結(jié)構(gòu)鋼的5倍,故面板在寬度方向和長(zhǎng)度方向的收縮量應(yīng)各留20mm,即長(zhǎng)度為5280mm(弧長(zhǎng)),寬度為4870mm;(3)椐施工經(jīng)驗(yàn)可知,弧門(mén)面板對(duì)裝前曲率半徑取實(shí)際半徑的0.5%,易保證尺±3mill.而此閘門(mén)面板為不銹鋼1Crl3,所以對(duì)裝前曲率半徑的確定在經(jīng)驗(yàn)值的基礎(chǔ)上增加8.5mm.最終確定焊前面板規(guī)格為24mm4870mm5280mm,曲率半徑為7554mm(外弧).3.3控制主要部件面板成形質(zhì)量主要零部件成形質(zhì)量控制是減少影響閘門(mén)整體變形及質(zhì)量的重要措施之一.因?yàn)榱悴考尚钨|(zhì)量的好壞.直接影響閘門(mén)整體對(duì)裝的質(zhì)量,因

10、此,對(duì)上述工藝流程部件制作的每個(gè)工序都必須作為檢驗(yàn)點(diǎn)嚴(yán)格控制.而此時(shí)面板制作是該閘門(mén)部件焊接變形控制的重點(diǎn).由于材料規(guī)格和制作的限制,面板必須拼板成形及上下2節(jié)分別由3張板材拼接而成.具體制作工藝步驟是:下料一坡口加工卷弧一調(diào)弧對(duì)縫一焊接,其焊接工序是控制重點(diǎn),因此,從制作難點(diǎn)和工期的角度考慮.由傳統(tǒng)的拼板縫對(duì)稱(chēng)坡口,對(duì)稱(chēng)焊接的工藝措施.改為先焊完坡口一面,待梁系部件裝配完整體焊接后,翻面再焊坡口的另一面.焊接順序及分層,分道的熔敷順序如圖2所示,同時(shí)嚴(yán)格按照工藝評(píng)定要點(diǎn),執(zhí)行表1的工藝參數(shù).3.4控制裝配間隙裝配間隙過(guò)大會(huì)造成焊縫收縮變形,一般應(yīng)控制WeldingTechnologyVo1.

11、38No.11Nov.2009?焊接質(zhì)量控制與管理?6l在01mm最為合適.但在零部件成形質(zhì)量合格的情況下.裝配間隙也不一定合理,局部也會(huì)出現(xiàn)間隙過(guò)大.因此遇到此問(wèn)題不能盲目地進(jìn)行修切,首先檢查造成此問(wèn)題的原因,然后決定處理方法,最好用砂輪機(jī)修磨和堆焊局部的凹凸不平地方,以控制裝配間隙,不能以強(qiáng)制對(duì)裝和火焰修切的方法處理.圖2面板焊接順序3.5剛性固定剛性固定是控制該閘門(mén)焊接變形的重要措施.在弧形閘門(mén)制作中有兩個(gè)作用,即調(diào)整面板弧度和控制面板變形,如圖3所示,制作剛性固定架(俗稱(chēng)弧門(mén)臺(tái)架),用等距離5o0mmx500mm的拉緊器先把面板弧度調(diào)好,然后在焊縫與焊縫之間.即易變形部位用24mmx8

12、0mm(長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況確定)的板條均勻加固.為了防止在焊件冷卻過(guò)程中發(fā)生強(qiáng)大應(yīng)力使加固焊縫崩裂,剛性固定的作用也大打折扣.所以在加固焊時(shí),焊縫寧大勿小,故焊腳不得<81Tim.圍3閘門(mén)整體剛性固定焊接-3.6采用反變形由于焊縫集中在面板一側(cè),施焊后的強(qiáng)大應(yīng)力使四周翹起,向上產(chǎn)生較大的撓曲變形.即使采用剛性固定和合理的焊接順序.易變形構(gòu)件仍然存在較大的焊接變形.所以,在面板橫向方向留有與其相反的變形,如圖4所示.3面板圖4反變形措施示意圖鋼架3.7振動(dòng)效應(yīng)振動(dòng)效應(yīng)主要目的是閘門(mén)整體焊后進(jìn)行消應(yīng)力處理,防止閘門(mén)永久性變形.并縮短閘門(mén)制作工期.4焊接工藝4.1焊接工藝評(píng)定根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量

13、的要求和焊縫類(lèi)別.分別對(duì)面板1Crl3不銹鋼同種材料焊接和面板與梁系部件(Q235B)異種材料焊接做工藝評(píng)定.結(jié)合工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接工藝性能分析.選用A307焊條分別按要求取樣及T形角焊縫試驗(yàn),Q235B規(guī)格為12mmX150mmx300mm:1Crl3規(guī)格為24mmxl50mmx300mm,如圖5a所示;開(kāi)坡口的組合角焊縫試驗(yàn),取Q235B規(guī)格為20mmxl50mmx300mm,1Crl3規(guī)格為24mmxl50mmx300mm,坡口角度4O.±2.鈍邊2ITlm,如圖5b所示;對(duì)接縫試驗(yàn).1Crl3規(guī)格為24mmx300mmx500mm2件,坡口形式為2/3不對(duì)稱(chēng)坡口,大坡El角度

14、50.±2.,小坡13角度60.±2o,鈍邊2mlTl,如圖5c所示.焊接試件均為平焊位置.且嚴(yán)格按照表1工藝參數(shù)和圖2焊接順序施焊做工藝評(píng)定,試樣結(jié)果見(jiàn)表2/Q235BK=8mill,/,/廠7,t/,/(a)試驗(yàn)162?焊接質(zhì)量控制與管理?焊接技術(shù)第38卷第11期2009年11月/Q235B/K(b)試驗(yàn)2圖5焊縫熔敷順序及分層,分道圖表1焊接工藝參數(shù)焊條直徑焊接電流電弧電壓焊層厚度焊接速度焊接層數(shù)/mm/A/V/ram,(?min)l3-29524481024.0l35263lOl233.2105253lO一114,5,64.Ol35-l4026273lO127.83

15、.21O52531O119,l0,114.Ol3514026-27310一l2123.21O5253l0一ll表2力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度伸長(zhǎng)率沖擊吸收功硬度彎曲性能試樣名稱(chēng),MPa,MPa(%)強(qiáng)HB(90.Q235B4l0445280-2752632157,133,122合格lCrl356o35498,100,106162,159,168合格T形接頭63551539184,185,204合格對(duì)接接頭59O90.92.103192,187,l9l合格從表2中可見(jiàn),焊縫的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均大于母材的,焊縫的工藝性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求.相應(yīng)的焊接工藝可以應(yīng)用于生產(chǎn).4.2焊接工藝

16、要點(diǎn)由于沒(méi)有任何可借鑒的經(jīng)驗(yàn),試驗(yàn)前,先對(duì)以上2組規(guī)格試件進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模擬焊接試驗(yàn),總結(jié)出工藝要點(diǎn)和焊接參數(shù),經(jīng)工藝評(píng)定得到有效的證明,即焊前將焊條進(jìn)行烘干,溫度為250300oC,時(shí)間1h,使用過(guò)程中把焊條放在保溫筒內(nèi),隨用隨取;對(duì)裝時(shí)不得強(qiáng)行對(duì)縫,避免焊縫處產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力;根焊時(shí),由于熔合比大,易產(chǎn)生裂紋,所以對(duì)裝時(shí)不能留有間隙,采用3.2mm焊條,小參數(shù),慢速焊,保證焊透;采用多層多道焊,控制焊接熱輸入,使冷卻速度不能過(guò)快或過(guò)慢.道間溫度150cC,其余各層按不同層次可用西3.2mm和西4.0mm2種焊條進(jìn)行小參數(shù),快速施焊.注意每焊完一層及時(shí)將焊道內(nèi)的藥皮,雜質(zhì)等清除干凈,可用錘

17、子輕輕敲打焊縫和熱影響區(qū),減小焊接殘余應(yīng)力,并仔細(xì)檢查有無(wú)缺陷后,方可繼續(xù)施焊.4.3整體焊接工藝及步驟4.3.1焊接方法面板與門(mén)葉部件焊接為異種鋼焊接,均采用焊條電弧焊(SMAW),設(shè)備型號(hào)為ZX7400S可控硅逆變焊機(jī),焊條選用A307;其余Q235同種鋼焊接選用CO氣體保護(hù)焊(GMAW)焊接方法,焊絲選用CHW一50C6,1.2mm,設(shè)備型號(hào)KR11350.4.3.2整體焊接步驟及順序(1)先焊立焊縫隔梁與主梁腹板的立焊縫一肋板與隔梁的立焊縫一主梁腹板與邊梁腹板的立焊縫.(2)再焊仰焊縫即隔梁后翼與主梁后翼的仰角焊縫.(3)后焊平焊縫隔梁后翼與主梁的平對(duì)接縫一隔梁與面板的平角焊縫一主梁前翼與面板的平角焊縫一小梁與面板的平角焊縫一邊梁與面板的平角焊縫.整體焊接步驟及順序:先焊立焊,再焊仰焊,后焊平焊的順序及分中,分