阀组预制及吊装过程中变形因素的分析与控制

【摘 要】根据大庆油田的开发建设形势，各转油站系统工程中工艺管道安装工程量急剧增长。我们采取了标准化阀组预制的方式，来满足快速建站的需要。在阀组预制过程中采用合理的加工工序、先进的焊接工艺。保证了产品质量、性能，大大减少阀组的返修率。本文重点阐述了阀组在预制焊接、吊装过程中变形因素的分析及所采取有效的变形控制措施。

【关键词】阀组预制；变形因素分析；变形控制措施

前言

目前大庆油田各转油站系统工程中的计量间、集油间、集油収球间阀组以及站场内部的油气集输管线，均采用了标准化阀组预制的形式，改变了以往在现场直接制作安装的一些局限性。现场组装量相对工程量减少，受气候等不利因素影响小，同时阀组预制拆解具有规律性和互换性，加快了施工进度。合理的组装避免了高空作业。缩小了作业范围，降低了施工的安全风险。

预制的阀组材质多为碳钢、不锈钢；在数量上以中低压管道为主，高压管道所占比例相对较少；存在大量马鞍口开制工作量；焊缝形式以对接焊缝为主；焊接质量要求较高。为保证阀组产品的质量及使用性能我们采用合理的预制工序及氩弧焊打底，自动焊盖面的焊接工艺。并对焊接及吊装过程中产生的变形因素加以分析采取有效的控制措施。

1、阀组预制焊接过程中变形因素及种类

在阀组预制汇管开孔、汇支管组对焊接及阀组吊装运输过程中由于焊接残余变形及吊装变形对阀组结构的质量及其性能均有较大影响，它不但影响了结构的外形尺寸及其精度，增加了矫正工作量，而且会降低结构的承载能力。因此我们对上述因素产生变形的原因进行分析并采取有效的控制措施

1.1影响阀组焊接变形的因素

1)焊接方法：不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小；CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小，比手工焊更适合于焊接。

2)焊接参数（焊接电流、电弧电压、焊接速度）：焊接变形随焊接电流和电弧电压增大而增大，随焊接速度增快而减小，其中电弧电压的作用明显。因此低电压、高速大电流密度的自动焊变形较小。

3)焊缝数量和断面大小：焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。

4)施焊方法：连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形较小。

5)材料的热物理性能：不同材料的导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形不同，焊接变形也不同。

6)焊接夹具的设计合理性：采用焊接夹具，增加了阀组汇支管的刚性，从而影响到焊接变形。

7)焊接程序：焊接程序能引起汇管在不同组合阶段刚性变化和质心位置改变，对控制阀组汇支管焊接变形有很大影响。

1.2阀组焊接变形的种类

焊接变形分为整体变形和局部变形，整体变形是焊接以后，整个阀组的汇支管的尺寸或形状发生变化，包括纵向和横向收缩，弯曲变形和扭曲变形等；局部变形是指焊接后阀组汇支管的局部区域出现变形，包括角变形和波浪变形等。

2、阀组焊接变形的控制措施

2.1工艺措施

工艺措施是指在阀组汇支管组对焊接过程中所采用的一系列措施,将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。

1）焊前预防措施

焊前预防主要包括反变形、和刚性固定法。反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在待焊管件组对时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的反变形量,焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使阀组汇支管恢复到设计要求的几何形状和尺寸。刚性固定法是采用夹具或刚性胎具将被焊管件尽可能地固定,可有效地控制待焊管件的角变形与弯曲变形等。刚性固定法对控制角变形和波浪变形有效，但对防止弯曲变形的效果远不如反变形法。常用的反变形及刚性固定法：

反变形法：先将汇管固定在表面平整的工装上，然后在汇管中心位置垫起（8～10）L/1000，在中心与管端这段距离取中心垫起相应高度。两侧对称。（注：L为汇管长度）

刚性固定法：采用自制卡具，将钢板按照管径范围折出需要槽；再根据阀组实际尺寸在钢板上开孔，将汇管置于槽中用可拆卸紧固螺栓加以固定。

2）焊接过程控制措施

焊接过程控制主要有采用合理的焊接方法和焊接规范参数选择合理的焊接顺序,焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生影响较大,在采用不同的焊接顺序时,可以改变残余应力的分布规律 ,同时该方法对于控制焊接变形有较大的作用,尤其在多道焊中,作用更加明显。同时还可以在焊接过程中降低焊件温度。在阀组汇支管及管件组对过程中常用的焊接方法、焊接顺序及控制方法。

点焊法：管汇组对时，当子管的公称直径小于或等于200mm时定位焊4点；当管子的公称直径大于200mm时，定位点焊6点，并均匀分布（也可根据实际情况增加点数）。

跳焊法：这种方法除立焊外，平焊、横焊、仰焊三种方法都适用。可以分散焊缝热量，避免或减小变形。钢材每段焊缝长度应在200～400mm之间；铸铁焊件按铸铁焊接规范处理；不锈钢和铜由于导热快，每段长度不宜超过200mm。

分中对称法：这种方法适用于焊缝较短的焊件。为了减小变形，由中心向两端一次焊完。

冷却法，汇支管组对焊接过程中，氩弧打底完成即将汇管两侧封堵，从一侧支管向汇管内灌注常温洁净水用来冷却焊接过程中产生的热量，减小变形。灌注至水溢出最低支管即可。

3）焊后矫正措施

当阀组汇支管组对焊接后,只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为局部加热矫正法和机械矫正法。

局部热矫正法:采用火焰对焊接阀组汇支管局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的。

械矫正法：利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正,包括静力加压矫直法、锤击法等。

3、阀组在吊装运输过程中的变形因素及控制措施

3.1阀组吊装变形的因素

分片预制好的阀组在吊装运输中，如果不采取保护措施，吊装力直接作用在阀组汇管上阀组极易发生变形，造成相当严重的后果。现场实际安装过程中需要二次维修矫正，不但影响使用性能，还影响产品美观。

3.2阀组吊装变形的控制措施

为解决阀组吊装运输途中阀组变形问题，我们研制了阀组撬装架，是采用无缝管、槽钢、方管、钢板组焊连接而成，在使用过程中先将分片预制焊接完毕的阀组固定于阀组撬装架中，并用可拆卸的紧固螺栓或钢丝加以固定，令二者成为整体；然后可将整体进行吊装运输。主要是将吊装应力从阀组汇管转移到撬装架上，同时方便运输，控制变形效果良好。

4、结论

综合分析上述焊接变形及吊装变形的影响因素与减小焊接变形及吊装变形的措施,基本了解焊接变形吊装变形的原因及变形的种类,针对焊接变形吊装变形的原因和控制措施从焊接工艺、吊装方法等方面进行改进,有效防止减少焊接变形及吊装变形所带来的危害。