淺談特殊材質的筒體及其法蘭裝焊工藝

摘 要：特殊材質的筒體及法蘭結構由于其精度要求高、焊縫質量要求高的特點，其焊接變形一直是制造過程中的重點把控部位。本文針對筒體及其法蘭在裝焊過程中，出現的筒體、法蘭面及其之間的焊接變形的問題，經過理論與實踐的結合與總結，采取制作相應的工裝、改善相應的裝焊順序、選用焊接相應的位置、采用恰當的焊接方式，取得了令人滿意的效果。

關鍵詞：筒體 法蘭 工裝 焊接變形

一、法蘭的裝焊工藝

在套料階段，根據法蘭尺寸大小與兼顧板材的利用率，可將法蘭分為2-4塊不等。圖1所示的法蘭外圓理論直徑5300mm，內圓理論直徑4500mm，理論厚度100mm，材質EH36Z35。

法蘭面的裝焊步驟：

（1）根據相應的焊接工藝規范（WPS），選擇利于施工和符合質量要求的法蘭對接縫坡

口形式。圖1所示的對接縫坡口形式為1/2&1/2坡口。

（2）裝配法蘭面板拼板縫，按圖1所示，安裝碼板、卡碼、引熄弧板及法蘭面板內口安裝“輪轂形”支撐。需要注意的是，其“輪轂形”支撐需要保留至筒體與法蘭裝焊完成，直至作為一個整體在設備安裝到位后再割除。

（3）在完成每步的法蘭面拼板后，需要測量法蘭面板水平度、內外圓橢圓度。

（4）根據圖紙將十字中心線在法蘭厚度方向的對應位置通過敲出烊沖來標記，用于標記焊縫所在位置。由于法蘭面的焊縫余高會根據相關要求磨平，此方法可避免后期在法蘭面上鉆孔時，把孔鉆到焊縫上。

（5）焊接法蘭面拼板縫，如圖1所示的法蘭拼接縫坡口為1/2&1/2坡口，中間留根4mm。具體焊接順序：①完成第一面四條拼接縫坡口1/2深度的焊接；②法蘭翻身，并碳刨清根；

③完成第二面四條拼接焊縫坡口2/3深度的焊接；④將法蘭翻身，完成第一面法蘭的焊接；

⑤再將法蘭翻身，完成第二面法蘭的焊接。

以上每步由雙數焊工嚴格按照焊接工藝規范，對稱焊接完成。需要注意的是，務必根據精控測得法蘭面板水平度、內外圓橢圓度來調整正反面焊接量，采用正反面交替焊接的方法進行反變形矯正，使焊接過程中的變形在可控范圍之內。

此外，為了消除其中可能出現的焊接變形，保證法蘭面的平整度、內外圓的橢圓度及法蘭與筒體間的同心度，可以在套料階段在法蘭的厚度方向及其外徑和內徑方向上加放適當的余量，在法蘭與筒體間裝焊結束及上面的設備安裝完成后通過機加工的方式，使各個精度參數滿足要求。

二、筒體的裝焊工藝

在套料階段，根據筒體尺寸大小與曲面加工設備的加工能力，可將筒體分為1～2塊不等。如圖2所示，其筒體外圓的理論直徑5200mm，高度1500mm，理論厚度50mm，材質EH36Z35。

筒體的裝焊步驟：

（1）根據筒子的直徑大小，選擇筒體對接縫的焊接位置。若筒體直徑≦2000mm時，可以將筒子平放，用1G的焊接位置，選用埋弧自動焊進行焊接。若筒子直徑﹥2000mm時，可以將筒子立放，用3G的焊接位置，選用二氧焊進行焊接。（2）根據相應的焊接工藝規范（WPS）和筒體對接縫的焊接位置，選擇利于施工和符合質量要求的筒體對接縫坡口形式。（3）筒體拼接完成后需測量筒體兩端開口處的水平度、內外圓橢圓度。（4）按圖2所示，安裝扇形長排1、扇形長排2、引熄弧板及筒體內口“十字形”支撐。注意：“十字形”支撐支撐需要保留至筒體與法蘭裝焊完成，作為一個整體在設備安裝到位后，再割除?！笆中巍敝蔚臄盗考拔恢眯韪鶕搀w的高度來布置，但是在筒體的兩端位置需要布置。（5）筒體對接縫焊接時由雙數焊工嚴格按照焊接工藝規范，對稱焊接完成。

三、法蘭與筒體之間的裝焊工藝

為了實現法蘭與筒體間的焊接變形盡可能小，保證法蘭面的平整度、橢圓度及法蘭與筒體間的同心度符合要求，通過實際操作且取得較好效果的法蘭與筒體間的裝焊步驟如下：

（1）根據相應的焊接工藝規范（WPS）和筒體的厚度，選擇利于施工和符合質量要求的法蘭與筒體間的坡口形式。需要注意的是，筒體對接縫與法蘭對接縫的位置需要根據設計要求錯開，現場需要嚴格按照錯開的距離或角度，進行筒體與法蘭之間的裝配。（2）以法蘭面為胎面，將筒體吊裝到法蘭面上，采用1F的焊接位置，可以最大限度的減少焊接變形及減少法蘭與筒體之間的工裝量。（3）法蘭與筒體拼接完成后需測量筒體橢圓度、筒體軸線與法蘭面板開孔的同心度，通過相應調整，使其符合要求。（4）圖3所示的法蘭與筒體之間的焊縫為全焊透，其坡口形式為1/2&1/2坡口，每道焊接步驟按圖3焊接順序執行：①完成筒體一側坡口1/2深度的焊接；②對筒體另一側坡口進行碳刨清根；③完成筒體另一側坡口2/3深度的焊接；④完成筒體一側的焊接；⑤完成筒體另一側的焊接。

以上每步焊接可按照圖3中的序號由雙數焊工采用二氧焊對稱焊接完成。由于退焊的方式，其起弧點不在焊縫接頭處，而是在母材未焊接處，可以避免焊縫接頭的再加熱以減少接頭處的應力集中。此外，需要注意的是在完成法蘭筒體與法蘭面板每步焊接后，需測量筒體橢圓度、筒體軸線與法蘭面板開孔的同心度。發現精度問題后，務必暫停施工，根據具體的不達標的數據，制定相應的方案，來保證施工的順利進行。

結 語

特殊材質的筒體、法蘭及其之間的裝焊作為一個特殊區域控制部位，其相關的焊接質量要求及精度要求都十分高。在設計階段需要提前介入，統籌兼顧各方要求，盡可能使設計符合生產、利于生產，使質量性能、生產效益最大化。在施工前需要進行生產策劃及工藝、質量、安全交底，保證生產順利進行。

參考文獻：

[1] 鄭艷梅.風電塔筒法蘭焊接方法研究[J].科技創業家，2014（05）：92-93.

[2] 盧丙輝.船舶在建造過程中焊接變形的形成及控制[J].商品與質量，2016，（31）：128-128.

作者簡介：金云飛（1988-），男，江蘇南通人，助理工程師，現任職于中遠船務（啟東）海洋工程有限公司。