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    不锈钢刮板冷凝器大开孔的焊接变形控制

    2018-11-17   来源:   点击数:14次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港编辑人员获悉:不锈钢刮板冷凝器大开孔的焊接变形控制李相明由于铍青铜膜盒具有良好的导电、导热性,且厚度较薄,热时间常数很小。因此,一般采用小功率的电容储能缝焊来焊接。然而,电容储能缝焊的电流上升速率很快,焊接过程对规范参数的变化很敏感。因此,当网络电压发生变化时,膜盒的焊接质量就会受到很大的影响。
      
      为此,专门研制了电容储能缝焊机的单片机恒压控制系统,以从根本上解决网压波动对膜盒焊接质量的影响,并进一步提高焊接过程的控制精度。
      
      抑制网压波动从根本上讲就是在网压发生波动时,维持电容充电电压的恒定。本文针对不锈钢刮板冷凝器大开孔焊接变形问题,分析了可能出现的焊接变形,制定了一系列有效的变形控制措施。通过采取措施,满足了设计要求,摸索出制造此类产品的成功经验。
      
      6台刮板冷凝器的制造任务。刮板冷凝器是聚酯装置国产化关键设备之一,主要材质为0Cr18Ni9,结构如所示,其主要制造难点是大开孔的焊接变形控制。
      
      如所示,该设备卧式筒体内装有刮板,设计要求刮板与筒体间隙为(105)mm,并且筒体的直线度不超过4 22,筒体的椭圆度公差不超过4mm.这样的制造精度本来就是很难达到的,并且其立式筒体(!=1500mm)与卧式筒体(!=1600mm)垂直相交,相贯线几乎与卧式筒体直径相交。这样大的管口角接,在焊接过程中产生的下塌和挠曲变形是不可避免的。
      
      1不锈钢刮板冷凝器大开孔焊接变形的产生不锈钢具有导热系数小,热膨胀系数大的特点,这就决定了在同样的情况下不锈钢的焊接变形比碳钢的变形更为明显。
      
      筒体开孔不但破坏了筒体的连续性,而且削弱了筒体的强度,所以很容易在焊接过程中产生变形:一是环缝的横向收缩在板厚方向上分布不均匀所产生的附加弯曲应力引起的角变形;二是环缝环向收缩引起的径向收缩变形。这两种变形叠加就会产生塌陷和挠曲变形。开孔直径越大,筒体强度的削弱越加剧,焊缝越长,填充金属越多,造成焊接热输入量越大,变形就越为严重。
      
      开孔接管焊缝为封闭焊缝,其拘束度比自由接头的大,焊后残余应力也大,焊接变形比较复杂。我们借用圆盘镶块封闭焊缝所引起的焊接应力,对接管焊接时的变形趋势加以定性分析。
      
      =12mm的圆盘中心开!=300mm孔,焊接!
      
      =300mm镶块时产生的应力分布情况如所示。由图可见,径向残余应力"+为拉应力,切向残余应力"6在内板为拉应力,而且在焊缝附近最大,由焊缝向外板延伸逐渐降为压应力。
      
      中国钢管信息港编辑人员获悉:制定防止焊接变形的工艺为了防止筒体在开孔、焊接的过程中发生变形,经过研宄和试验,采用了一系列的防变形措施,制定出合理的工艺。
      
      焊接线能量的大小对于焊后的冷却速度、焊接熔池的大小以及焊接热影响区的大小都有很大影响。因此,从开孔、点焊到焊接的整个过程中,随时控制热输入量及线能量,以此作为防变形的主要手段。
      
      首先,在开孔时划线留余量不能过大,应准确按照划线开孔5(不超出线。开1孔过大在焊接时金hhig曲rightsreserved,http://www.cnki.net层次焊条直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊速/(mmmin1)点焊3.290 -200!:一径向残余应力;一切向残余应力圆盘镶块封闭焊缝所引起的焊接应力所示的应力分布规律的原因可用解释。
      
      由于试板的对称性,故只需讨论半边试件。总切应力由!71和!72叠加而成,71是由焊缝切向方向收缩引起的切向应力,72是由内板的纵向(平轴方向)引起的切向应力;径向残余应力!:主要由板的径向(!轴方向)收缩所致。
      
      圆形焊缝内周向收缩和径向收缩引起的残余应力圆盘镶块封闭焊缝引起的应力和变形规律与开孔接管焊接规律是一致的。根据以上应力变形分析,可以定性预测:在接管焊接时将会发生如所示的变形。填充量就大,焊接热影响区也扩大。保证开孔尺寸就可以减小变形。为了控制热输入量,不能采用割炬切割开孔,应采用砂轮机冷切割的方法。坡口采用内侧倒角6mmx45.,打底焊道必须米用3.2mm焊条,保证焊透。采用双面焊接以避免焊缝塌陷变形。
      
      焊接时尽量采用小规范、短弧焊、快速不摆动的焊接方法,严格控制焊接线能量,禁止采用大规范的焊接方法。焊接规范见表1.表1焊接规范每焊完一段焊缝,用刨锤击打焊道释放应力,以减少变形。每焊完一层焊缝要采用水冷散热法降温,将焊缝热量散去,减少受热面积,从而达到减少变形的目的。(水冷散热法不适用于焊接淬硬性高的材料!)层间温度控制在100A以下,保证焊缝呈金黄色,不应出现焊缝发蓝现象。
      
      在焊接时还应该注意焊脚以及焊缝余高,目的是通过减少金属的熔敷量来减少焊接变形。
      
      成形控制从下料开始,严格控制,保证筒体的尺寸。滚圆时严格把关,使椭圆度公差不超过4mm.从滚圆、点对一直到焊接的整个过程中,注意对筒体的隔离和防护,以免由于外部碰撞引起椭圆度增加。
      
      制造工装,预制反变形为了有效地防止如所示的焊接变形,除了控制线能量以外,还根据以往的经验制造了由弧板、肋板和底板组成的工装,如所示。
      
      工装分成上、下两部分,采用焊接结构。通过千斤顶的支撑作用,弧板可以对筒体的圆度加以约束,防止在焊接过程中筒体的径向变形;而肋板可以把整个工装连接成两个有机的整体,既增加了稳定性,又可以有效地对焊接过程中筒体的挠曲变形加以约束。
      
      同时为了更好地控制挠曲变形,在筒体的两端使用两个",20mm的环式支撑圈。将支撑圈固定筒体上,再用等长的四段槽钢和弧板式工装连接起来,在焊接时这四段支撑槽钢的拉力和支持力可以有效地控制挠金属结构的焊接图!工装结构示意图通过工装,先将筒体支撑出一定的预变形,如中虚线所示。用5个千斤顶将工装之间的距离顶开(千斤顶的位置见),中间的用50,其余的4个用20,螺旋式千斤顶。(不能使用液压千斤顶,因其受力后易产生卸压)这样,在开孔、焊接时,由于有工装的约束,变形量很小,而这很小的变形量恰好与预变形相抵消,把变形控制到最小。反变形法在圆形封闭焊接接头中不仅可减小焊后变形,而且可大大减少焊接残余应力。待焊筒体与工装如所示。
      
      变形量的确定是根据以往的经验。筒体的预变形最大直径为1612mm,焊后拆除工装,最终樵圆度为3.5mm,完全符合设计要求。
      
      在大开孔开孔之前,首先根据短节的相贯线制造补强圈。使用工装约束筒体,并使筒体产生一定的预变形。然后在预定位置加焊补强圈,以增加筒体的刚度,对开孔的变形加以约束,待补强圈的焊道冷却后才可以开孔、打磨坡口。
      
      在焊接前,应该在短节的焊缝附近位置增加一个!>20mm的环状支撑圈,以增加短节的刚度,防止塌陷;在筒体下面对应开孔位置垫上支撑物,以此防止筒体挠曲变形。
      
      中国钢管信息港编辑人员获悉:焊接时,首先采用多层多道焊的方法焊接外侧坡口,填平坡口。冷却后,用木锤敲击补强圈上焊道周围,尤其是容易发生大幅度变形的相贯线最高、最低位置,释放应力,然后去掉工装,焊内侧坡口焊装,焊外侧角焊缝,保证焊脚6mm.焊接完毕,再用锤击法释放应力,拆除工装。如果有微量变形或者椭圆度不符合工艺要求,可以采用机械校正方法调整。
      
      3结束语大开孔焊接变形问题是压力容器生产中常见问题,由于不锈钢热物理性能决定,不锈钢焊接变形较之于低碳钢更为严重。只有通过工艺手段,尽量控制变形量,使其能满足产品质量的要求。
      
      在整个刮板冷凝器的生产过程中,采取了一整套相应的防变形措施,使焊接变形得到了有效的控制:筒体椭圆度控制在3.5mm左右;筒内壁到刮板的最大距离13mm,最小距离8mm,偏差<10mm,保证了产品的设计尺寸和精度要求。在刮板冷凝器的生产过程中,采用外力约束、焊前预变形和减少热输入量方法有效地防止了焊接变形,为压力容器大开孔的焊缝,打磨之与筒体内壁平齐。中国钢管信息港编辑人员获悉
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