水平甲板片焊接變形控制技術(shù)

張國(guó)亞 王蒙 翟桂森 秦強(qiáng)

【摘? 要】海上巍然壯觀的采油平臺(tái)，其主要結(jié)構(gòu)一般是由立柱和水平甲板片及層間拉筋和房間墻皮構(gòu)成，采用更為完善的焊接方案與焊接方法對(duì)水平甲板片焊接變形進(jìn)行有效控制，可以提高平臺(tái)的制造技術(shù)、降低制造成本、提高效率。

【關(guān)鍵詞】甲板片;平臺(tái);焊接;變形控制

1.甲板片的組成

甲板片是由不同規(guī)格的“工”字型鋼拼裝成梁格形式，組塊的大小不等，甲板片的大小也不同，一般為20m×30m、30m×30m不等，工字鋼的規(guī)格也有1800mm、1200mm、1000mm、800mm、440mm、350mm等多種尺寸。大梁組裝成大的框格，再在框格里組裝小梁，梁的規(guī)格不同，但梁的上翼緣板表面平齊，再在梁格上整體鋪板形成（如下圖）

2.甲板片焊接時(shí)易產(chǎn)生的變形

水平甲板片的預(yù)制過(guò)程中焊接變形一直是一個(gè)難以解決的難題，主要是甲板片焊后水平尺寸的控制，甲板片在“工”字型鋼組裝時(shí)要求“工”字型鋼上翼緣板上表面在同一水平面，“工”字型鋼焊接完成后在上面鋪板，這樣的結(jié)構(gòu)形式使焊縫布置不對(duì)稱，截面中性軸偏上，焊后焊縫的收縮使甲板片形成四周上翹中間下凹的焊接變形。在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中甲板片焊完后形成的焊接變形，一般達(dá)到正負(fù)60毫米至70毫米。

3.甲板片焊接變形產(chǎn)生的原因

甲板片梁格焊接時(shí)，由于梁的規(guī)格不同且上翼緣板平齊，焊縫在梁格截面上分布不均，主要分布在中性軸上部，在焊縫收縮應(yīng)力作用下，使梁格整體產(chǎn)生四周上翹的變形;在鋪板焊接時(shí)，由于鋼板鋪在梁格的上翼緣板上，板拼接焊縫收縮更加大了梁格的四周上翹變形，最后形成整個(gè)甲板片的四周上翹變形。

4.規(guī)范要求

海洋鋼結(jié)構(gòu)制造規(guī)范規(guī)定：甲板片預(yù)制完成后甲板面水平尺寸為正負(fù)6毫米。

5.變形控制措施

5.1調(diào)整焊接順序

以往普遍的做法是焊前在甲板片四周放置配重塊（9—10噸的鑄鐵塊）形成強(qiáng)制性固定，焊后再進(jìn)行火焰矯正方能達(dá)到規(guī)范要求。

甲板片的焊后校正工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力又對(duì)整體質(zhì)量有一定的影響，在保證工字型鋼整體梁格的焊后水平的同時(shí)卻忽略了鋪板焊接時(shí)的收縮變形，為此，對(duì)甲板片整體梁格的焊接方案做了調(diào)整：

（1）先焊每一個(gè)工字鋼的下翼緣板，遵循先主梁后輔梁從中間向四周的順序.

（2）再焊每一個(gè)工字鋼腹板與上翼緣板相交的仰焊焊縫，也遵循先主梁后輔梁從中間向四周的順序.

（3）再焊每一個(gè)工字鋼腹板與下翼緣板相交的平焊焊縫，也是先主梁后輔梁從中間向四周的順序.

（4）再焊每一個(gè)工字鋼腹板與腹板相交的立焊焊縫，也是先主梁后輔梁從中間向四周的順序.

（5）最后焊每一個(gè)工字鋼的上翼緣板，先主梁后輔梁從中間向四周的順序。

5.2選用適宜的焊接工藝

（1）在梁格焊接時(shí)選用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動(dòng)焊操作性能好，明弧焊接，能清楚地看到焊接的全過(guò)程，它具有焊條電弧焊的靈活性，適宜進(jìn)行全位置焊接，工字鋼接頭中有平、橫、立、仰各種焊接位置，特別是小梁，短小曲折焊縫較多，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動(dòng)焊正好適宜工字鋼接頭的焊接。二氧化碳保護(hù)焊由于電弧加熱集中，焊接速度快，所以焊縫的熱影響區(qū)和焊件的變形小。在焊接過(guò)程中，根據(jù)工字鋼接頭的具體情況，盡可能地采用較小的焊接工藝參數(shù)，即小電流和較快的焊接速度，可減小焊接電弧的熱輸入量，使熱影響區(qū)范圍減小，從而減小焊接變形。

（2）鋪板焊接時(shí)，板拼接焊縫選用埋弧自動(dòng)焊或者小車自動(dòng)焊。埋弧焊的熔池受熔渣和焊劑蒸汽的保護(hù)，不與空氣接觸，抗風(fēng)能力強(qiáng)，在有風(fēng)的環(huán)境中焊接時(shí)，埋弧焊的保護(hù)效果比其他電弧焊方法強(qiáng)的多，特別適宜在工地現(xiàn)場(chǎng)焊接。甲板片鋪板的平焊對(duì)接焊縫正好適宜用埋弧焊焊接。①這樣完成整體梁格的焊接，可以形成一定的中間上拱變形，在鋪板焊接后通過(guò)甲板的焊接收縮來(lái)矯正抵消梁格的上拱變形，最終獲得甲板片的整體水平，這樣可有效的控制甲板片焊接后的水平尺寸，使其達(dá)到規(guī)范要求。②甲板片變形在火焰加熱矯正時(shí)一般是對(duì)主梁的腹板和下翼緣板進(jìn)行正三角形形狀的加熱，加熱溫度為600℃—800℃，加熱后自然冷卻或強(qiáng)制冷卻，利用冷卻后這些部位產(chǎn)生的變形與焊接殘余變形相互抵消來(lái)達(dá)到矯正的目的，這樣以來(lái)對(duì)主梁的力學(xué)性能就可能產(chǎn)生一定的影響，主梁的塑形儲(chǔ)備也會(huì)減少。采用這種變形控制方法能避免因矯正對(duì)主梁性能的影響。③甲板片變形火焰矯正時(shí)，關(guān)鍵是選定加熱部位及加熱點(diǎn)（即上面提到的三角形）大小，而這兩項(xiàng)的選定沒(méi)有明確的計(jì)算公式或其他方法，只能憑經(jīng)驗(yàn)操作，具有很大的難度，且加熱時(shí)加熱溫度的把握也非常困難。采用這種變形控制方法很容易就避免了這種難題的出現(xiàn)。

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