经验交流 ２０１２年第５期（总第１２１期）・机械研究与应用・ 箱型钢结构件焊接变形的控制 夏双全 （兰州兰石国民油井石油工程有限公司质量管理部，甘肃兰州７３００５０） 摘要：箱型铜结构件，焊接施工中既要保证焊接质量，又要控制焊接变形，保证箱型钢结构件的几何尺寸及形位公 差。通过工艺分析、反复试验确定合理的施工方案，达到符合ＧＢ／Ｔ１９８０４几何尺寸Ａ级和形位公差Ｅ级、美 国石油协会ＡＰＩ一４Ｆ规范的设计要求，取得满意的效果。 关键词：箱型构件；几何尺寸；形位公差；焊接变形；工艺措施 中图分类号：ＴＧ４４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—４４１４（２０１２）０５—０１７６—０２ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｘ－ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｍｂｅｒｓ Ｘｉａ Ｓｈｕａｎｇ—ｑｕａｎ （Ｑｕａｌｉｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｄｅｐｔ．，Ｌａｎｚｈｏｕ ＬＳ—Ｎａｔｉｏｎａｌ ｏｉｌｗｅｌｌ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｂｏｘ—ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｍａｋｅ ｓｕｒｅ ｉｔｓ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｔｓ ｗｅｌｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｉｔｓ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ ｔｅｓｔｉｎｇ，ａｎ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ｅｘｐｌｉｃａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｄｅ Ａ ａｎｄ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｃｌａｓｓ Ｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ＧＢ／Ｔ１９８０４ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ＡＰＩ ｓｐｅｃｉｉｃａｔｆｉｏｎ ４Ｆ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｏｂｔａｉｎ ａ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｏｘ—ｔｙｐｅ ｍｅｍｂｅｒｓ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ；ｆｏｒｍ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｎｒｅｓ １ 引 言 我公司主要为国内外用户生产石油钻机设备。 其中井架、底座、移动系统等部件采用箱型钢结构。 高，上下受热不均，引起箱型钢结构件横向收缩不一 致而使箱型构件在长度方向上出现弯曲。 箱型钢结构件材料多为Ｑ３４５一Ｂ或Ｑ３９０一Ｂ的板材， 截面为矩形。 箱型钢结构是由四块板组焊成型，箱型钢结构件 四角的焊缝为重要焊缝，焊后应进行１００％磁粉探伤 （ＭＴ）、１００％超声波探伤（ＵＴ），按美国焊接协会结构 件焊接规范ＡＷＳ Ｄ１．１．６．Ｃ验收。焊接施工中要保 证焊缝内外质量。控制焊接变形的难度较大，通过对 箱型钢结构件的工艺分析、试验，确定了合理的工艺 方案。 图１ 箱型钢结构件截面简图 １．下板２．垫板３．侧板４．筋板５．上板 （３）由于下料采用气割方式尺寸误差大，铆装问 隙大，造成焊接收缩过大，使原始尺寸发生变化，几何 尺寸及形位工差不符合设计要求。 一２工艺分析 箱型钢结构是由四块板组焊而成，每块板长度 １５００—１２０００（ｍｍ）不等。为提高箱型钢结构件的刚 度和抗扭能力，在箱内部沿长度方向设置多个筋板。 箱型钢结构件四角的焊缝采用６０。Ｖ型坡口，无钝 边，间隙３ｍｍ，加衬垫的焊缝形式，多层多道连续焊。 旦箱型钢结构件焊后产生几何尺寸及形位公 差超差，矫正工作非常困难，很有可能造成工件报废。 ３影响焊接变形的因素 焊接是一个局部不均匀加热的过程，焊接热影响 区的收缩将引起构件的各种变形和焊接应力¨Ｊ 其 影响焊接变形的主要因素如下：①焊缝熔合截而越 大，焊接产生的热量越多，变形越大；②焊接线能量越 大，变形越大；③长焊缝焊接时，连续焊比间隔焊接变 由于焊接量大且四角焊缝熔合截面大，焊接过程中属 局部不均匀的加热和冷却，焊接母材收缩程度不同， 造成焊接变形。 （１）焊接产生横向收缩，使箱型钢结构件长度尺 寸缩短并造成侧板外鼓。 （２）焊接量大且四角焊缝熔合截面大，焊接热量 收稿日期：２０１２一Ｏ８—２７ 形大；④不对称焊接，焊接变形大；⑤焊接层数及焊接 道数越少，变形越大；⑥焊缝间隙越大，变形越大；⑦ 构件刚性越差，变形越大。 作者简介：夏双全（１９６２一），男，辽宁昌图人，工程师，主要从事钻采机械产品质量方面的工作。 ・１７６・ ・机械研究与应用・２０１２年第５期（总第１２１期） ４．６采用机械加工方法 经验交流 ４减少变形的方法 依据影响焊接变形的因素，通过工艺分析，制定 了以下控制焊接变形量，确保几何尺寸及形位工差符 合设计要求。 原下料采用气割方法，下料尺寸误差大±２ｍｍ， 箱型钢结构件组对间隙大，焊后收缩大。现下料采用 机械加工方法，下料尺寸误差控制在≤±０．５ｍｍ，箱 ４．１减少焊缝熔合截面，降低焊接产生的热量 箱型钢结构件四角的焊缝设计采用６０。Ｖ型坡 口，无钝边，间隙３ｒａｍ，加衬垫的焊缝形式。在保证 型钢结构件组对间隙减小，焊接变形减少。 ４．７增加筋板 原箱型钢结构件无筋板，构件刚性差。现设计在 焊缝强度前提下，更改为２５。ｕ型坡口，从而减少焊 缝熔合截面，降低焊接产生的热量。焊接变形减少。 箱型钢结构件内部原采用连续焊，现更改为跳焊即焊 ５０ｍｍ，间隔１００ｍｍ。从而降低焊接产生的热量，焊 接变形减少。 ４．２减少焊接线能量 箱型钢结构件内腔长度方向每５００ｒａｍ增加一个筋 板。并且筋板下料要求采用机械加工方法。不但增 强刚性，而且容易保证截面几何尺寸。焊接变形有效 降低 。 ５制定规范完善工艺加强管理 （１）修正焊接工艺参数：焊接人员资格、焊接材 料、焊接设备、焊道清理、焊接顺序、焊接层数、焊缝宽 度、焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、ＣＯ 气 体流量。 箱型钢结构件内部原采用手工电弧焊，现改用线 能量较低的ＣＯ 气体保护焊。箱型钢结构件四角的 焊缝原采用埋弧自动焊，现改用线能量较低的ＣＯ： 气体保护焊。采用焊接工艺规范参数，尽可能用小规 范参数。有效降低了焊接线能量，焊接变形减少。 ４．３改用间隔焊接 （２）制定焊接工艺过程：减少焊接应力及变形， 采用分段对称焊。对每条焊缝规定严格的焊接顺序。 （３）加强工艺纪律管理；对涉及人员进行全面惯 彻执行。 长焊缝焊接时，原采用连续焊，现改用间隔焊接。 有效降低了焊接热量，焊接变形减少。 ４．４采用对称焊接 （４）编制检验规程：制定每道工序质量检验控制 点的检验内容、方法及检验标准。实施见证记录，严 箱型钢结构件四角的焊缝原焊接工艺没有 焊接采用对称焊接，现焊接工艺规定采用对称焊接， 格执行不合格品控制程序。 ６结论 即双人在同一纵截面同时同方向焊接，焊接变形减 少。 经过我公司多年生产实践证明，通过对箱型钢结 构件焊接变形影响的因素分析，采取措施，并经过反 复试验对焊接工艺参数的修正，生产的箱型钢结构件 满足设计要求，得到了国内外用户及第三方监检的充 分肯定，表１为检测部位数据对比表。 ４．５增加焊接层数 箱型钢结构件四角的焊缝在原焊接工艺要求焊 接层数为５层，焊肉宽度≤１８ｒａｍ。现采用焊接层数 为６层，焊肉宽度≤１５ｍｍ。焊接变形有效降低。 表１检测部位数据对比表 ／ｒａｍ ２００６． 参考文献： ［１］付荣柏．焊接变形的控制与矫正［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ［２］郑昊李红涛，周，静．工业炉Ｈ型钢结构件焊接质量控制 ［ｃ］・第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集・天津，２ｏ０７・ ・ｌ７７・
