1 工程概况
我公司施工的某污水厂工程二沉池集水槽设计为不锈钢集水槽, 采用5mm不锈钢板拼装焊接成形。集水槽拼装钢板总面积1600㎡, 共有集水槽88个, 其中B×W×H=10400×610×700集水槽32个, 4500×310×700集水槽16个, 10400×310×700集水槽16个, 4600×310×700集水槽24个, 集水槽形式如图1所示。
2 不锈钢集水槽变形原因分析
通过现场调查分析, 造成不锈钢变形主要原因有: (1) 设计不锈钢厚度太薄, 自身易产生变形。 (2) 集水槽拼装板采用开屏板下料, 下料后由于长宽比失调, 造成拼装板产生变形, 最小长宽比为4.5/0.7=6.4, 最大长宽比为10.4/0.31=33.5。 (3) 焊接过程中因不锈钢板材特性及受热不均匀所产生的焊接变形。
3 集水槽变形控制措施
3.1 从集水槽制作方法上进行优化
在集水槽拼装之初, 针对集水槽如何进行制作有2种方案, 一种是在土建载体上分单块拼装成槽;另一种是选择一个加工场集中制作成槽, 然后吊装运输到池内进行安装。
第一种施工方法存在优缺点:优点:集水槽底先固定, 槽壁板与底板焊接产生变形量小。缺点: (1) 施工操作不安全, 不利于安装调整。 (2) 吊装运输困难。后一种施工方法存在优缺点。优点: (1) 在作业平台上进行拼装制作便于调较, 同时可形成流水作业, 缩短施工工期。 (2) 吊装运输方便, 集中制作统一运输, 流水进行安装, 有利于保证工程质量并降低施工成本。
3.2 合理设置槽内支撑, 控制板材自身变形
通过在槽内设置支撑, 采用DN32不锈钢管每间距1m设一道支撑, 支撑设在槽高2/3位置, 此为最佳受力位置, 能较好地控制集水槽侧板的变形。
3.3 焊接变形控制
不锈钢具有独特的物理特性, 线膨胀系数较大, 而热导率较低, 在焊接过程的局部加热与冷却作用下, 焊件中会引起较大的不均匀的应力和应变, 而薄壁不锈钢件拘束度小、刚性小, 当焊缝的纵向收缩对薄板边缘的压力超过一定数值时, 即会产生较严重的波浪变形, 此外, 在焊接过程中两边母材的热量分配不均匀时, 也极易引起错边变形。鉴于上述问题, 焊接时采取了如下工艺方法和措施。
(1) 严格控制焊接接头的热输入, 选择合适的焊接方法和工艺参数, 避免接头过热及减少热影响区宽度, 同时避免烧穿或形成焊瘤。 (2) 装配尺寸力求精确, 接口间隙尽量小。 (3) 采用专业焊接工装夹具, 要求夹紧力平衡均匀。
不锈钢水槽焊接主要工作流程如下:接口清理—对口—固定—焊口自检—焊口点焊—焊口满焊—外观检查—探伤。由焊接工艺流程可知, 焊前和焊接过程中的工艺控制是整个焊接变形控制的关键。 (1) 焊接前的准备工作。坡口表面的清洁程度严重影响焊接接头的耐蚀性能, 因此焊前要将焊缝两侧附近20mm～30mm范围内杂物清理干净, 通过酸洗去除不锈钢表面的氧化膜, 再用丙酮清洗焊缝两侧附近20mm～30mm范围, 最后用无水乙醇进行二次清洗。 (2) 焊接工艺选择。不锈钢薄板采用钨极氩弧焊比其它焊接方法有非常好的优越性能:焊缝质量高;电弧热量集中, 功率密度大, 热影响区小;单面焊双面成型, 明弧操作, 便于对电弧熔池的观察;板材表面及焊缝质量好。结合所用的焊接设备功率特性初步考虑焊缝外形及防止产生焊接缺陷等因素, 来综合选择焊接工艺参数。具体如表1所示。 (3) 焊接工艺要点。装配及定位焊时壁面要对齐, 定位焊点长度为10mm～15mm。装配尺寸力求精确, 接口间隙尽量小。进行点固定位焊时, 应把焊丝放在点焊部位, 电弧产生稳定后再移到焊丝处, 待焊丝熔化并与两侧母材熔合后再迅速停弧, 避免母材过热。施焊过程中尽量采用短弧焊接以增强氩气保护效果, 焊速应先稍慢后快, 焊枪不摆动。焊接时采取跳焊法, 这样可减轻焊后不锈钢的变形, 为焊后的工件矫正减轻繁琐的工序。
3.4 调校
集水槽焊接拼装成形后, 对局部变形采用冷校法进行校正, 调校工具配备及方法如下: (1) 调校工具:大锤2把;手锤4把;调校钢支架2副 (根据集水槽尺寸现场制作详见大样图) ;千斤顶2台;自制煨弧扳手2把;等离子切割机1台。 (2) 调校方法:根据集水槽变形弧度大小采用相应的调校方法:小弧度变形采用煨弧扳手配合用手锤敲打调直, 大弧度变形采用千斤顶配合校正架进行调校, 其调校大样如下图, 部分弧度通过等离子切割将弧处钢板切割释放其内应力, 然后补焊成槽再调校顺直。
如图2所示。
4 结语
集水槽施工在污水厂、净水厂中均比效多, 其形式也多样, 我公司近几年施工的集水槽以钢、砼集水槽和钢筋砼板辅助三角堰板调节水位高度的集水槽居多, 象此污水厂全部采用钢板拼装成形的集水槽还是第一次遇到。在此项目施工过程中, 我们对不锈钢板的焊接拼装变形原因进行了分析, 并采取相应的控制措施, 其变形程度得到了很好的控制, 拼装后集水槽总体效果良好, 直线度、垂直度、标高均达到了预期的效果。通过此项工程的施工, 使我们对不锈钢集水槽的焊接工艺有了进一步的认识, 为以后不锈钢集水槽的施工积累了实践经验。
摘要：集水槽是污水厂沉淀池溢面集水和输水重要设备, 本文通过对某污水外理厂二沉池不锈钢集水槽拼装过程中出现的变形问题进行分析并提出了解决对策。在此基础上, 作者探讨并研究了薄壁不锈钢集水槽焊接拼装变形的控制方法。
关键词：不锈钢集水槽,焊接变形控制