水平甲板片焊接變形控制技術

張國亞 王蒙 翟桂森 秦強

【摘? 要】海上巍然壯觀的采油平臺，其主要結構一般是由立柱和水平甲板片及層間拉筋和房間墻皮構成，采用更為完善的焊接方案與焊接方法對水平甲板片焊接變形進行有效控制，可以提高平臺的制造技術、降低制造成本、提高效率。

【關鍵詞】甲板片;平臺;焊接;變形控制

1.甲板片的組成

甲板片是由不同規格的“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.甲板片焊接時易產生的變形

水平甲板片的預制過程中焊接變形一直是一個難以解決的難題，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，這樣的結構形式使焊縫布置不對稱，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。在現場生產過程中甲板片焊完后形成的焊接變形，一般達到正負60毫米至70毫米。

3.甲板片焊接變形產生的原因

甲板片梁格焊接時，由于梁的規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，在焊縫收縮應力作用下，使梁格整體產生四周上翹的變形;在鋪板焊接時，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，最后形成整個甲板片的四周上翹變形。

4.規范要求

海洋鋼結構制造規范規定：甲板片預制完成后甲板面水平尺寸為正負6毫米。

5.變形控制措施

5.1調整焊接順序

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）形成強制性固定，焊后再進行火焰矯正方能達到規范要求。

甲板片的焊后校正工作費時費力又對整體質量有一定的影響，在保證工字型鋼整體梁格的焊后水平的同時卻忽略了鋪板焊接時的收縮變形，為此，對甲板片整體梁格的焊接方案做了調整：

（1）先焊每一個工字鋼的下翼緣板，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）在梁格焊接時選用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊。 二氧化碳氣體保護半自動焊操作性能好，明弧焊接，能清楚地看到焊接的全過程，它具有焊條電弧焊的靈活性，適宜進行全位置焊接，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，二氧化碳氣體保護半自動焊正好適宜工字鋼接頭的焊接。二氧化碳保護焊由于電弧加熱集中，焊接速度快，所以焊縫的熱影響區和焊件的變形小。在焊接過程中，根據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，即小電流和較快的焊接速度，可減小焊接電弧的熱輸入量，使熱影響區范圍減小，從而減小焊接變形。

（2）鋪板焊接時，板拼接焊縫選用埋弧自動焊或者小車自動焊。埋弧焊的熔池受熔渣和焊劑蒸汽的保護，不與空氣接觸，抗風能力強，在有風的環境中焊接時，埋弧焊的保護效果比其他電弧焊方法強的多，特別適宜在工地現場焊接。甲板片鋪板的平焊對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，在鋪板焊接后通過甲板的焊接收縮來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，使其達到規范要求。②甲板片變形在火焰加熱矯正時一般是對主梁的腹板和下翼緣板進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制冷卻，利用冷卻后這些部位產生的變形與焊接殘余變形相互抵消來達到矯正的目的，這樣以來對主梁的力學性能就可能產生一定的影響，主梁的塑形儲備也會減少。采用這種變形控制方法能避免因矯正對主梁性能的影響。③甲板片變形火焰矯正時，關鍵是選定加熱部位及加熱點（即上面提到的三角形）大小，而這兩項的選定沒有明確的計算公式或其他方法，只能憑經驗操作，具有很大的難度，且加熱時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。

參考文獻

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