钻机焊接变形的控制与校正

张 健

（中原总机石油设备有限公司，河南 濮阳 457300）

概述

目前，我在总机厂石化分厂主要从事钻机生产工作，生产中遇到许多因焊接变形而产生的难题，在结合相关资料与生产过程中的多次实践，总结了一些关于怎样控制焊接变形与校正的经验。

一、钻机焊接变形的原因、种类及危害

焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩和组织变化先后不一致，从而导致了焊接应力的改变及工件变形的产生，工件变形是焊件自身降低其应力状态的结果。主要有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形，焊接变形不但影响结构尺寸的准确性和产品外形的美观严重时还可能降低承载能力，甚至造成事故。

二、钻机钢结构焊接变形的控制方法

1 反变形法

用经验和计算方法，估计焊后可能发生变形的大小和方向，焊前将工件作出的反变形量或将工件安放在与焊接变形方向相反的位置上。例如：在焊井架主段上的钢架连接耳座时，可先将主段四角固定，在主段中部垫高10-20MM，然后在进行焊接。

2 钢性固定法

焊前将工件各部分用夹具、刚性支撑、专用夹具或者定位点焊强制固定以防止和减少变形，刚性固定法只适用于工件塑性较好，结构刚度较小的结构，对于淬硬性较大的金属不能使用，以免焊后断裂。如焊50DB钻机底座左右上座时，用10号槽钢在左右上座上下隔1-2米处就固定一根拉筋后再焊接。

3 采用合理的结构

设计焊接结构时，在保证结构有足够承载能力的情况下，采用尽量小的焊缝尺寸，数量、焊缝尽量对称布置，焊缝分散避免集中。

4 焊接顺序变换法

安排焊接顺序时应尽可能考虑焊缝自由伸缩对称截面，焊接次序要交替进行。如：井架主段焊接时，先焊主梁立焊，从中间向两端顺序焊接。

5 焊前预热焊后处理

焊前对工件预热可以减少焊件各部温差，降低焊后冷却速度，减少残余应力，在允许的条件下，焊后进行去应力退火，或者用锤子对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的敲击，均可有效地减少焊接变形。

6 增大焊接截面

焊前把一些小件焊件平放点在一起，然后再焊。

三、钻机钢结构焊接变形的矫正

焊接变形控制后还会出现变形，这时就要进行校正，分为冷矫正与火焰矫正。

（一）冷矫正：分为机械矫正与手工矫正。

1 机械矫正是用矫直机等机器矫正的方法，如焊接梁出现塌边等变形就可用矫直机进行矫正。

2 手工矫正：在变形量小，工件小，塑性较好时可用手锤等工具进行矫正。

（二）火焰矫正：分为点状加热法、线状加热法、三角形加热法。

火焰加热矫正根据板厚、材质及加热方法等不同情况，可分为低温加热矫正、中温加热矫正和高温加热矫正。其中：

低温矫正 500-600C 适宜于板厚＜6mm，含碳量＞0.25%的碳素结构钢和低合金高强度钢的火焰矫正 冷却方式：水。

中温矫正 600-723℃ 适宜于板厚6-12mm，对于含碳量＞0.35%的碳素结构钢和低合金高强度钢加热温度要严格控制，测量仪器用测温笔或其他测温仪器测量，不超过723℃ 冷却方式：空气和水。

高温矫正 723-850℃ 适宜于大厚板加热，其中14-16mm加热温度750-800℃,大于20mm加热温度850℃。注意：含碳量＞0.35%的碳素结构钢和低合金高强度钢不可用高温矫正。 冷却方式：空气。

井架的柱、钢梁、斜撑的挠曲变形的矫正。

（1）在翼板上，垂直于纵长焊缝，作从中间向两端的线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形，可采取低温矫正或中温矫正法，要两条加热带同步进行。利用这种方法可有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，较难控制掌握。

（2）翼板上作线状加热，在腹板上作小三角形加热。

多年实际工作经验表明，用这种方法来矫正井架柱、钢梁、斜撑的弯曲变形，效果是显著的，横向线状加热宽度一般取20—90mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热小三角形区域，小三角形的宽度不应超过板厚的2倍，小三角形的底边与对应的翼板上线状加热的宽度相等。加热小三角形时从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到小三角形的底边为止。加热腹板时温度不能太高，否则容易造成凹陷变形，一旦出现这种情况便很难修复。

火焰矫正本着能用点状加热法不用线状加热法，能用线状加热法不用小三角形加热法的原则，这样可减少产生的内应力。不恰当的矫正方法产生的内应力与焊接内应力和负载应力相互迭加后，会使焊件的某一危险截面的应力超过允许应力值，从而导致承载安全系数的降低。当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点：

1 火焰矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；

2 烤火位置不得在主梁最大应力截面附近；

3 加热温度最好不超过700℃；

4 宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态。

结语

通过有效地预防和矫正的方法，使我们的钻机外观更加美观，更加结实耐用，产生了更好的经济回报，为我们今后的工作打下了坚实的基础。也为机厂持续发展贡献自己的力量。

[1]王红兵，黄正东.钢结构焊接变形的成因及矫正方法[J].建筑，2010（08）：52-54.