CN112207467A - 一种sf储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及防变形工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及工装，所述焊接防变形方法包括：(1)工装制造；(2)法兰模拟焊接试验；(3)记录每次模拟焊接试验中的数据：a、设置的焊接反变形量X；b、焊接完成后，各拉力传感器测得的拉力值F1～Fn，并得到其平均拉力值F、最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin；c、焊接完成并拆去焊接防变形工装后，外翻人井法兰在对应各拉力传感器处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量Y1～Yn，并得到其平均变形量Y、最大变形量Ymax和最小变形量Ymin；(4)形成F‑Y曲线图；(5)形成△F‑△Y曲线图；(6)外翻人井法兰正式焊接；(7)焊接后的应力监控与整形。本发明提高了外翻人井法兰焊接后法兰平面的平整度。

Description

一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及防变形工装

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及防变形工装。

背景技术

外翻人井法兰焊接件(如图2中的14与15的连接件)是一种常用的压力容器配件，其是由法兰和筒体组装焊接后形成的组件焊接。在大型的SF储油罐上常连接有外翻人孔井焊接件。

人孔井焊接件的制作，是将采用钢板卷制成有拼缝的筒体，筒体的拼缝采用点焊进行焊接，焊接后再与法兰进行组装点焊，然后进行筒体与法兰之间筒体焊接(环缝焊接)。

现有技术中外翻人孔井焊接件的制作工艺还存在以下问题：人井法兰与筒体组焊后，由于法兰与筒体连接处的环焊缝冷却后产生收缩，从而会导致人井法兰端面发生较大的变形，使得法兰外缘全部向一面倾斜，变形严重时甚至会形成类似伞形的法兰。

为了避免法兰平面变形，一种较为典型的解决办法就是采用焊接反变形法，具体方法是在人井法兰与筒体拼装点焊后，采用专用的工装将人井法兰施加一个作用力，使得人井法兰在焊接前有一个向着焊接变形相反的变形，则焊接完成后该相反方向的变形可以抵消焊接时的变形，从而在整体上减小法兰平面的变形。

但是，上述反变形法仍然存在以下不足：一是预置的反变形量通常都是按操作者的经验而定，其稳定性较差，因此会导致焊接后仍然存在较大的法兰变形；二是由于环焊缝焊接时无法做到严格对称焊接，且各环焊缝各部位焊接有先后，导致其冷却速度不同步，因此会使得最终焊接后的法兰仍然出现一定的不平整误差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及防变形工装，旨在提高外翻人井法兰焊接后法兰平面的平整度。具体的技术方案如下：

一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法，包括如下步骤：

(1)工装设计及制造：设计并制作一焊接防变形工装，所述焊接防变形工装上设置有与外翻人井法兰的内孔相适配的定位止口以及用于对外翻人井法兰实施焊接反变形纠正的刚性环法兰和拉伸测力组件，所述拉伸测力组件包括拉力传感器、第一螺栓和第二螺栓，所述拉力传感器位于所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间，所述第一螺栓穿过所述刚性环法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的一端相连接，所述第二螺栓穿过所述外翻人井法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的另一端相连接，所述拉力传感器连接显示器。

(2)外翻人井法兰模拟焊接试验：取若干数量的外翻人井法兰进行n次模拟焊接试验，模拟焊接试验时，先将外翻人井法兰安装到筒体上，并沿周向进行点焊固定，然后安装焊接防变形工装，并对外翻人井法兰实施焊接反变形，每次模拟焊接试验中设置不同的焊接反变形量；最后按照统一的焊接工艺规程进行外翻人井法兰环焊缝的焊接；

(3)收集模拟焊接试验数据：记录每次模拟焊接试验中的如下数据：

a、设置的焊接反变形量X；

b、焊接完成后，各拉力传感器测得的拉力值F1～Fn，并得到其平均拉力值F、最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin；

c、焊接完成并拆去焊接防变形工装后，外翻人井法兰在对应各拉力传感器处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量Y1～Yn，并得到其平均变形量Y、最大变形量Ymax和最小变形量Ymin；

(4)形成F-Y曲线图：对收集到的模拟焊接试验数据，以设置的焊接反变形量X、各拉力传感器测得的拉力值的平均拉力值F以及测得的对应各拉力传感器处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量的平均变形量Y为基础，采用最小二乘法进行拟合处理，形成外翻人井法兰在各设定的反变形量X情况下的平均拉力值F与平均变形量Y的变形曲线图，并在变形曲线图上标定出合格变形曲线区间范围；

(5)形成△F-△Y曲线图：根据最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin得到△F＝Fmax－Fmin；根据最大变形量Ymax和最小变形量Ymin得到△Y＝Ymax－Ymin；然后以设置的焊接反变形量X以及△F、△Y为基础，采用最小二乘法进行拟合处理，形成外翻人井法兰在各设定的反变形量X情况下的△F-△Y变形曲线图，并在变形曲线图上标定出合格的变形曲线区间范围；

(6)外翻人井法兰正式焊接：外翻人井法兰点焊固定：将外翻人井法兰安装到筒体上，并沿周向进行点焊固定，然后将焊接防变形工装通过工装上的定位止口定位到外翻人井法兰内孔上，并在焊接防变形工装的刚性环法兰与外翻人井法兰之间安装好拉伸测力组件；通过拧紧拉伸测力组件上的第一螺栓和第二螺栓使得外翻人井法兰向着刚性环法兰的方向变形，并使得外翻人井法兰在同一圆周各处的变形量均匀一致；其中，所述变形量作为焊接反变形量，且所述焊接反变形量的大小是在F-Y曲线图中的标定出的合格变形曲线区间范围内选取的；所述焊接反变形量设置好后，进行外翻人井法兰与筒体之间环焊缝的正式焊接；

(7)焊接后的应力监控与整形：环焊缝焊接后，在拆下焊接防变形工装前观察△F的变化情况，如发现△F超过△F-△Y曲线图中的设定值范围，则对外翻人井法兰采取以下整形措施：通过超声波锤击枪对最大拉力值处的焊缝部位进行局部超声波锤击去应力处理，从而降低最大拉力值处的拉力值；当最大拉力值处的拉力值降低后，重新确定新的最大拉力值部位进行局部超声波锤击去应力处理，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

上述技术方案中，通过外翻人井法兰模拟焊接试验获得模拟焊接试验数据，并利用模拟焊接试验数据形成F-Y曲线图和△F-△Y曲线图，操作者根据实际的F值并对照曲线图即可优选出符合要求的焊接反变形量，从而最大限度地减少外翻人井法兰平面的焊接变形。

而且，由于本发明特殊设计的焊接防变形工装能够监测到实施反变形后，法兰各处的应力情况(在应力大的地方，拉力值较大，反之则拉力值较小)，从而能够在焊接作业的后期通过观察法兰各处的拉力值对法兰各处的应力进行干预，操作者根据实际的△F值并对照曲线图即可评估出是否需要对外翻人井法兰焊接应力的不均性进行干预，并通过使用超声波锤击枪进行局部去应力处理使得最大拉力处的应力减小，从而达到法兰各处的应力较为平均的目的，由此使得拆去焊接防变形工装后其法兰的不平度误差就会明显减小，从而进一步提高了外翻人井法兰焊接后法兰平面的平整度。

由于外翻人井法兰本身尺寸(如厚度)误差等原因，因此外翻人井法兰预装点焊并实施反变形后，不同的外翻人井法兰其拉力值可能会不同，其会直接影响到拆去焊接防变形工装后法兰的回弹变形量。本发明利用F-Y曲线图和△F-△Y曲线图可以有效处理外翻人井法兰本身尺寸误差对焊接反变形的影响，从而提高焊接后的外翻人井法兰的平整度。

优选的，所述步骤(7)的焊接后的应力监控与整形中，还包括使用红外加热枪对最小拉力值处的焊缝部位进行局部加热整形从而升高最小拉力值处的拉力值；当最小拉力值处的拉力值升高后，由控制器重新确定新的最小拉力值部位进行局部加热整形，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

上述采用加热整形提升最小拉力值的方法同样是为了减少法兰各处最大拉力与最小拉力之间的差值，因此同样可以起到提高外翻人井法兰焊接后法兰平面平整度的目的。

注意上述的超声波锤击去应力处理与加热整形处理方法中，超声波锤击去应力处理应作为第一优选，在超声波锤击去应力处理达不到要求的情况下才附加使用加热整形处理方法。

优选的，所述步骤(4)的形成F-Y曲线图和所述步骤(5)的形成△F-△Y曲线图中，分别设置安全系数以缩小变形曲线图上标定出合格变形曲线区间范围。

作为本发明的进一步改进，所述刚性环法兰上靠每一所述拉伸测力组件的部位设置有用于检测所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间距离的红外测距传感器，所述拉力传感器、红外测距传感器分别连接带显示器的控制器，当△F不满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围时由控制器发出报警。

本发明中，所述控制器为PLC控制器或MCU控制器。

一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装，包括刚性十字梁、连接在所述刚性十字梁下端面的刚性定位圈、设置在所述刚性十字梁外围且与所述刚性十字梁的四个端部相连接的刚性环法兰，所述刚性定位圈通过定位止口实现与所述外翻人井法兰内孔的定位配合，所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间沿周向分布有若干数量用于对所述外翻人井法兰实施反变形的拉伸测力组件，所述拉伸测力组件包括拉力传感器、第一螺栓和第二螺栓，所述拉力传感器位于所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间，所述第一螺栓穿过所述刚性环法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的一端相连接，所述第二螺栓穿过所述外翻人井法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的另一端相连接，所述拉力传感器连接显示器。

优选的，每一所述拉伸测力组件旁均设置有一个反变形检测装置，所述反变形检测装置包括红外测距传感器；优选的，所述红外测距传感器为数显红外测距笔，所述数显红外测距笔的尾部固定在磁铁块上，所述磁铁块吸附在所述刚性环法兰的朝向所述外翻人井法兰一面的端面上，所述数显红外测距笔的前端检测头垂直指向所述外翻人井法兰的端面。

本发明的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装还包括用于对外翻人井法兰的环焊缝进行锤击去应力的超声波锤击枪。

本发明的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装还包括用于对外翻人井法兰的环焊缝的焊接变形进行整形的红外加热枪或火焰加热枪。

作为对本发明的进一步改进，还可以在刚性环法兰的中心轴线位置设置由步进电机带动的转动轴，所述步进电机连接控制器，所述转动轴上设置一可拆卸的弯曲臂，所述弯曲臂的前端拐弯延伸至靠近外翻人井法兰的环焊缝部位，并在所述弯曲臂的前端安装超声波锤击枪，从而实现由控制器自动控制的针对最大拉力值处的焊缝部位进行局部超声波锤击去应力处理，从而降低最大拉力值处的拉力值；当最大拉力值处的拉力值降低后，由控制器重新确定新的最大拉力值部位进行局部超声波锤击去应力处理，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

或者，也可以在所述弯曲臂的前端安装红外加热枪，从而实现由控制器自动控制的针对最小拉力值处的焊缝部位进行局部加热整形从而升高最小拉力值处的拉力值；当最小拉力值处的拉力值升高后，由控制器重新确定新的最小拉力值部位进行局部加热整形，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

上述进一步的改进方案实现了对外翻人井法兰焊接应力干预的自动化操作。

本发明中，所述刚性十字梁与所述刚性定位圈之间、所述刚性十字梁与所述刚性环法兰之间均采用焊接连接。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及防变形工装，通过外翻人井法兰模拟焊接试验获得模拟焊接试验数据，并利用模拟焊接试验数据形成F-Y曲线图和△F-△Y曲线图，操作者根据实际的F值并对照曲线图即可优选出符合要求的焊接反变形量，从而最大限度地减少外翻人井法兰平面的焊接变形。

第二，本发明的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法及防变形工装，特殊设计的焊接防变形工装能够监测到实施反变形后，法兰各处的应力情况(在应力大的地方，拉力值较大，反之则拉力值较小)，从而能够在焊接作业的后期通过观察法兰各处的拉力值对法兰各处的应力进行干预，操作者根据实际的△F值并对照曲线图即可评估出是否需要对外翻人井法兰焊接应力的不均性进行干预，并通过使用超声波锤击枪进行局部去应力处理使得最大拉力处的应力减小，从而达到法兰各处的应力较为平均的目的，由此使得拆去焊接防变形工装后其法兰的不平度误差就会明显减小，从而进一步提高了外翻人井法兰焊接后法兰平面的平整度。

附图说明

图1是本发明的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的方法流程示意图；

图2是本发明的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法中所使用的焊接防变形工装的结构示意图。

图中：1、刚性十字梁，2、刚性定位圈，3、刚性环法兰，4、定位止口，5、拉伸测力组件，6、拉力传感器，7、第一螺栓，8、第二螺栓，9、显示器，10、控制器，11、反变形检测装置，12、红外测距传感器，13、磁铁块，14、人井法兰，15、筒体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至2所示为本发明的一种外翻人井法兰焊接防变形工装的实施例，包括如下步骤：

(1)工装设计及制造：设计并制作一焊接防变形工装，所述焊接防变形工装上设置有与外翻人井法兰14的内孔相适配的定位止口4以及用于对外翻人井法兰14实施焊接反变形纠正的刚性环法兰3和拉伸测力组件5，所述拉伸测力组件5包括拉力传感器6、第一螺栓7和第二螺栓8，所述拉力传感器6位于所述刚性环法兰3与所述外翻人井法兰14之间，所述第一螺栓7穿过所述刚性环法兰3的螺栓孔后与所述拉力传感器6的一端相连接，所述第二螺栓8穿过所述外翻人井法兰14的螺栓孔后与所述拉力传感器6的另一端相连接，所述拉力传感器6连接显示器。

(2)外翻人井法兰模拟焊接试验：取若干数量的外翻人井法兰14进行n次模拟焊接试验，模拟焊接试验时，先将外翻人井法兰14安装到筒体15上，并沿周向进行点焊固定，然后安装焊接防变形工装，并对外翻人井法兰14实施焊接反变形，每次模拟焊接试验中设置不同的焊接反变形量；最后按照统一的焊接工艺规程进行外翻人井法兰14环焊缝的焊接；

(3)收集模拟焊接试验数据：记录每次模拟焊接试验中的如下数据：

a、设置的焊接反变形量X；

b、焊接完成后，各拉力传感器6测得的拉力值F1～Fn，并得到其平均拉力值F、最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin；

c、焊接完成并拆去焊接防变形工装后，外翻人井法兰14在对应各拉力传感器6处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量Y1～Yn，并得到其平均变形量Y、最大变形量Ymax和最小变形量Ymin；

(4)形成F-Y曲线图：对收集到的模拟焊接试验数据，以设置的焊接反变形量X、各拉力传感器6测得的拉力值的平均拉力值F以及测得的对应各拉力传感器6处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量的平均变形量Y为基础，采用最小二乘法进行拟合处理，形成外翻人井法兰14在各设定的反变形量X情况下的平均拉力值F与平均变形量Y的变形曲线图，并在变形曲线图上标定出合格变形曲线区间范围；

(5)形成△F-△Y曲线图：根据最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin得到△F＝Fmax－Fmin；根据最大变形量Ymax和最小变形量Ymin得到△Y＝Ymax－Ymin；然后以设置的焊接反变形量X以及△F、△Y为基础，采用最小二乘法进行拟合处理，形成外翻人井法兰14在各设定的反变形量X情况下的△F-△Y变形曲线图，并在变形曲线图上标定出合格的变形曲线区间范围；

(6)外翻人井法兰正式焊接：外翻人井法兰14点焊固定：将外翻人井法兰14安装到筒体15上，并沿周向进行点焊固定，然后将焊接防变形工装通过工装上的定位止口4定位到外翻人井法兰14内孔上，并在焊接防变形工装的刚性环法兰3与外翻人井法兰14之间安装好拉伸测力组件5；通过拧紧拉伸测力组件5上的第一螺栓7和第二螺栓8使得外翻人井法兰14向着刚性环法兰3的方向变形，并使得外翻人井法兰14在同一圆周各处的变形量均匀一致；其中，所述变形量作为焊接反变形量X，且所述焊接反变形量X的大小是在F-Y曲线图中的标定出的合格变形曲线区间范围内选取的；所述焊接反变形量X设置好后，进行外翻人井法兰14与筒体15之间环焊缝的正式焊接；

(7)焊接后的应力监控与整形：环焊缝焊接后，在拆下焊接防变形工装前观察△F的变化情况，如发现△F超过△F-△Y曲线图中的设定值范围，则对外翻人井法兰采取以下整形措施：通过超声波锤击枪对最大拉力值处的焊缝部位进行局部超声波锤击去应力处理，从而降低最大拉力值处的拉力值；当最大拉力值处的拉力值降低后，重新确定新的最大拉力值部位进行局部超声波锤击去应力处理，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

上述技术方案中，通过外翻人井法兰模拟焊接试验获得模拟焊接试验数据，并利用模拟焊接试验数据形成F-Y曲线图和△F-△Y曲线图，操作者根据实际的F值并对照曲线图即可优选出符合要求的焊接反变形量，从而最大限度地减少外翻人井法兰平面的焊接变形。

而且，由于本实施例特殊设计的焊接防变形工装能够监测到实施反变形后，法兰14各处的应力情况(在应力大的地方，拉力值较大，反之则拉力值较小)，从而能够在焊接作业的后期通过观察法兰14各处的拉力值对法兰14各处的应力进行干预，操作者根据实际的△F值并对照曲线图即可评估出是否需要对外翻人井法兰14焊接应力的不均性进行干预，并通过使用超声波锤击枪进行局部去应力处理使得最大拉力处的应力减小，从而达到法兰各处的应力较为平均的目的，由此使得拆去焊接防变形工装后其法兰的不平度误差就会明显减小，从而进一步提高了外翻人井法兰14焊接后法兰平面的平整度。

由于外翻人井法兰14本身尺寸(如厚度)误差等原因，因此外翻人井法兰14预装点焊并实施反变形后，不同的外翻人井法兰14其拉力值可能会不同，其会直接影响到拆去焊接防变形工装后法兰的回弹变形量。本发明利用F-Y曲线图和△F-△Y曲线图可以有效处理外翻人井法兰14本身尺寸误差对焊接反变形的影响，从而提高焊接后的外翻人井法兰14的平整度。

优选的，所述步骤(7)的焊接后的应力监控与整形中，还包括使用红外加热枪对最小拉力值处的焊缝部位进行局部加热整形从而升高最小拉力值处的拉力值；当最小拉力值处的拉力值升高后，由控制器重新确定新的最小拉力值部位进行局部加热整形，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

上述采用加热整形提升最小拉力值的方法同样是为了减少法兰各处最大拉力与最小拉力之间的差值，因此同样可以起到提高外翻人井法兰焊接后法兰平面平整度的目的。

注意上述的超声波锤击去应力处理与加热整形处理方法中，超声波锤击去应力处理应作为第一优选，在超声波锤击去应力处理达不到要求的情况下才附加使用加热整形处理方法。

优选的，所述步骤(4)的形成F-Y曲线图和所述步骤(5)的形成△F-△Y曲线图中，分别设置安全系数以缩小变形曲线图上标定出合格变形曲线区间范围。

作为本实施例的进一步改进，所述刚性环法兰3上靠每一所述拉伸测力组件5的部位设置有用于检测所述刚性环法兰3与所述外翻人井法兰14之间距离的红外测距传感器12，所述拉力传感器6、红外测距传感器12分别连接带显示器9的控制器10，当△F不满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围时由控制器10发出报警。

本实施例中，所述控制器10为PLC控制器或MCU控制器。

实施例2：

一种采用实施例1的外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装，包括刚性十字梁1、连接在所述刚性十字梁1下端面的刚性定位圈2、设置在所述刚性十字梁1外围且与所述刚性十字梁1的四个端部相连接的刚性环法兰3，所述刚性定位圈2通过定位止口4实现与所述外翻人井法兰14内孔的定位配合，所述刚性环法兰3与所述外翻人井法兰14之间沿周向分布有若干数量用于对所述外翻人井法兰14实施反变形的拉伸测力组件5，所述拉伸测力组件5包括拉力传感器6、第一螺栓7和第二螺栓8，所述拉力传感器6位于所述刚性环法兰3与所述外翻人井法兰14之间，所述第一螺栓7穿过所述刚性环法兰3的螺栓孔后与所述拉力传感器6的一端相连接，所述第二螺栓8穿过所述外翻人井法兰14的螺栓孔后与所述拉力传感器6的另一端相连接，所述拉力传感器6连接显示器9。

优选的，每一所述拉伸测力组件5旁均设置有一个反变形检测装置11，所述反变形检测装置11包括红外测距传感器12；优选的，所述红外测距传感器12为数显红外测距笔，所述数显红外测距笔的尾部固定在磁铁块13上，所述磁铁块13吸附在所述刚性环法兰3的朝向所述外翻人井法兰14一面的端面上，所述数显红外测距笔的前端检测头垂直指向所述外翻人井法兰14的端面。

本实施例的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装还包括用于对外翻人井法兰的环焊缝进行锤击去应力的超声波锤击枪。

本实施例的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装还包括用于对外翻人井法兰的环焊缝的焊接变形进行整形的红外加热枪或火焰加热枪。

作为对本实施例的进一步改进，还可以在刚性环法兰3的中心轴线位置设置由步进电机带动的转动轴，所述步进电机连接控制器，所述转动轴上设置一可拆卸的弯曲臂，所述弯曲臂的前端拐弯延伸至靠近外翻人井法兰14的环焊缝部位，并在所述弯曲臂的前端安装超声波锤击枪，从而实现由控制器自动控制的针对最大拉力值处的焊缝部位进行局部超声波锤击去应力处理，从而降低最大拉力值处的拉力值；当最大拉力值处的拉力值降低后，由控制器重新确定新的最大拉力值部位进行局部超声波锤击去应力处理，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

或者，也可以在所述弯曲臂的前端安装红外加热枪，从而实现由控制器自动控制的针对最小拉力值处的焊缝部位进行局部加热整形从而升高最小拉力值处的拉力值；当最小拉力值处的拉力值升高后，由控制器重新确定新的最小拉力值部位进行局部加热整形，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

上述进一步的改进方案实现了对外翻人井法兰14焊接应力干预的自动化操作。

本实施例中，所述刚性十字梁1与所述刚性定位圈2之间、所述刚性十字梁1与所述刚性环法兰3之间均采用焊接连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)工装设计及制造：设计并制作一焊接防变形工装，所述焊接防变形工装上设置有与外翻人井法兰的内孔相适配的定位止口以及用于对外翻人井法兰实施焊接反变形纠正的刚性环法兰和拉伸测力组件，所述拉伸测力组件包括拉力传感器、第一螺栓和第二螺栓，所述拉力传感器位于所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间，所述第一螺栓穿过所述刚性环法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的一端相连接，所述第二螺栓穿过所述外翻人井法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的另一端相连接，所述拉力传感器连接显示器；

(2)外翻人井法兰模拟焊接试验：取若干数量的外翻人井法兰进行n次模拟焊接试验，模拟焊接试验时，先将外翻人井法兰安装到筒体上，并沿周向进行点焊固定，然后安装焊接防变形工装，并对外翻人井法兰实施焊接反变形，每次模拟焊接试验中设置不同的焊接反变形量；最后按照统一的焊接工艺规程进行外翻人井法兰环焊缝的焊接；

(3)收集模拟焊接试验数据：记录每次模拟焊接试验中的如下数据：

a、设置的焊接反变形量X；

b、焊接完成后，各拉力传感器测得的拉力值F1～Fn，并得到其平均拉力值F、最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin；

c、焊接完成并拆去焊接防变形工装后，外翻人井法兰在对应各拉力传感器处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量Y1～Yn，并得到其平均变形量Y、最大变形量Ymax和最小变形量Ymin；

(4)形成F-Y曲线图：对收集到的模拟焊接试验数据，以设置的焊接反变形量X、各拉力传感器测得的拉力值的平均拉力值F以及测得的对应各拉力传感器处相对于未拆去焊接防变形工装时的变形量的平均变形量Y为基础，采用最小二乘法进行拟合处理，形成外翻人井法兰在各设定的反变形量X情况下的平均拉力值F与平均变形量Y的变形曲线图，并在变形曲线图上标定出合格变形曲线区间范围；

(5)形成△F-△Y曲线图：根据最大拉力值Fmax和最小拉力值Fmin得到△F＝Fmax－Fmin；根据最大变形量Ymax和最小变形量Ymin得到△Y＝Ymax－Ymin；然后以设置的焊接反变形量X以及△F、△Y为基础，采用最小二乘法进行拟合处理，形成外翻人井法兰在各设定的反变形量X情况下的△F-△Y变形曲线图，并在变形曲线图上标定出合格的变形曲线区间范围；

(6)外翻人井法兰正式焊接：外翻人井法兰点焊固定：将外翻人井法兰安装到筒体上，并沿周向进行点焊固定，然后将焊接防变形工装通过工装上的定位止口定位到外翻人井法兰内孔上，并在焊接防变形工装的刚性环法兰与外翻人井法兰之间安装好拉伸测力组件；通过拧紧拉伸测力组件上的第一螺栓和第二螺栓使得外翻人井法兰向着刚性环法兰的方向变形，并使得外翻人井法兰在同一圆周各处的变形量均匀一致；其中，所述变形量作为焊接反变形量，且所述焊接反变形量的大小是在F-Y曲线图中的标定出的合格变形曲线区间范围内选取的；所述焊接反变形量设置好后，进行外翻人井法兰与筒体之间环焊缝的正式焊接；

(7)焊接后的应力监控与整形：环焊缝焊接后，在拆下焊接防变形工装前观察△F的变化情况，如发现△F超过△F-△Y曲线图中的设定值范围，则对外翻人井法兰采取以下整形措施：通过超声波锤击枪对最大拉力值处的焊缝部位进行局部超声波锤击去应力处理，从而降低最大拉力值处的拉力值；当最大拉力值处的拉力值降低后，重新确定新的最大拉力值部位进行局部超声波锤击去应力处理，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

2.根据权利要求1所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法，其特征在于，所述步骤(8)的焊接后的应力监控与整形中，还包括使用红外加热枪对最小拉力值处的焊缝部位进行局部加热整形从而升高最小拉力值处的拉力值；当最小拉力值处的拉力值升高后，由控制器重新确定新的最小拉力值部位进行局部加热整形，直至△F满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围。

3.根据权利要求1所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法，其特征在于，所述步骤(4)的形成F-Y曲线图和所述步骤(5)的形成△F-△Y曲线图中，分别设置安全系数以缩小变形曲线图上标定出合格变形曲线区间范围。

4.根据权利要求1所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法，其特征在于，所述刚性环法兰上靠每一所述拉伸测力组件的部位设置有用于检测所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间距离的红外测距传感器，所述拉力传感器、红外测距传感器分别连接带显示器的控制器，当△F不满足△F-△Y曲线图中的合格设定值范围时由控制器发出报警。

5.根据权利要求4所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法，其特征在于，所述控制器为PLC控制器或MCU控制器。

6.一种如权利要求1至5所述的外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装，其特征在于，包括刚性十字梁、连接在所述刚性十字梁下端面的刚性定位圈、设置在所述刚性十字梁外围且与所述刚性十字梁的四个端部相连接的刚性环法兰，所述刚性定位圈通过定位止口实现与所述外翻人井法兰内孔的定位配合，所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间沿周向分布有若干数量用于对所述外翻人井法兰实施反变形的拉伸测力组件，所述拉伸测力组件包括拉力传感器、第一螺栓和第二螺栓，所述拉力传感器位于所述刚性环法兰与所述外翻人井法兰之间，所述第一螺栓穿过所述刚性环法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的一端相连接，所述第二螺栓穿过所述外翻人井法兰的螺栓孔后与所述拉力传感器的另一端相连接，所述拉力传感器连接显示器。

7.根据权利要求6所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装，其特征在于，每一所述拉伸测力组件旁均设置有一个反变形检测装置，所述反变形检测装置包括红外测距传感器，所述红外测距传感器为数显红外测距笔，所述数显红外测距笔的尾部固定在磁铁块上，所述磁铁块吸附在所述刚性环法兰的朝向所述外翻人井法兰一面的端面上，所述数显红外测距笔的前端检测头垂直指向所述外翻人井法兰的端面。

8.根据权利要求6所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装，其特征在于，还包括用于对外翻人井法兰的环焊缝进行锤击去应力的超声波锤击枪。

9.根据权利要求6所述的一种SF储油罐外翻人井法兰焊接防变形方法的防变形工装，其特征在于，还包括用于对外翻人井法兰的环焊缝的焊接变形进行整形的红外加热枪或火焰加热枪。

Images