■ 張忠剛，孫成武

1.問題的提出

正常管道施工，法蘭與鋼管組對(duì)焊接變形只要在偏差范圍內(nèi)就可以接受，不會(huì)影響管道的安裝，而在管道和設(shè)備維修過程中，由于只更換某一片法蘭或者只更換設(shè)備，難免會(huì)出現(xiàn)設(shè)備與管道接管法蘭偏口現(xiàn)象，特別是與機(jī)泵等設(shè)備相連接的法蘭，只通過焊接方法難以精確控制其變形量，來滿足設(shè)備安裝需要。這時(shí)，通常會(huì)存在以下三個(gè)問題：①用焊接方法來解決（即使較好的控制了焊接工藝），往往也一次解決不了。②如用火焰矯形應(yīng)該如何加熱。③火焰矯形是否影響鋼材的使用性能。

2.火焰矯正的原理及特點(diǎn)

（1）原理 眾所周知，金屬材料有熱脹冷縮的特性，當(dāng)局部加熱時(shí)，被加熱處的金屬材料受熱而膨脹，但由于周圍溫度低，因此膨脹受到阻礙。此時(shí)加熱處金屬受壓縮應(yīng)力，當(dāng)加熱溫度為600～800℃時(shí)，壓縮應(yīng)力超過屈服極限，產(chǎn)生壓縮塑性變形。停止加熱后，金屬冷卻縮短，結(jié)果加熱處金屬構(gòu)件長(zhǎng)度要比原先的短，因而產(chǎn)生了新的變形?；鹧娉C正就是利用金屬局部加熱后所引起的新的變形去矯正原先的變形。

火焰矯正的加熱源廣泛采用溫度高、加熱速度快、簡(jiǎn)單方便的氧乙炔火焰。

（2）特點(diǎn) 決定火焰矯正效果有四個(gè)主要因素：工件的剛性、加熱位置、加熱溫度和加熱區(qū)的形狀。

工件的剛性：工件剛性越大，變形越小；反之，剛性越小，變形越大。

加熱位置：它是成敗的關(guān)鍵因素。加熱位置不正確，不僅起不到矯正作用，反而加重已有的變形。因此，所選的加熱位置必須使它產(chǎn)生變形的方向與焊接殘余變形方向相反，起到抵消作用。通常情況下總是把加熱位置選在金屬結(jié)構(gòu)件較長(zhǎng)的，需要收縮的部位。

加熱溫度：加熱部位的溫度必須高出相鄰未加熱部位，且使得受熱金屬熱膨脹受阻，產(chǎn)生壓縮塑性變形。生產(chǎn)中對(duì)結(jié)構(gòu)鋼火焰矯正加熱的溫度一般控制在600～800℃之間。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫不方便，一般是用眼睛觀察加熱部位的顏色來判斷加熱的大致溫度。

加熱區(qū)的面積：火焰矯正所獲得的矯正能力與加熱面積成正比。受熱后達(dá)到塑性變形狀態(tài)的金屬面積越大，得到的矯正變形也越大。

3.火焰矯正的實(shí)踐

2017年某石化公司制氫裝置K1901氫壓機(jī)氣缸缸體由于裂紋需要更換，新的缸體運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)缸體接管與緩沖罐接管間距不合適。盡管在施工過程中采用焊接工藝控制的措施，焊接后緩沖罐接管法蘭與缸體法蘭面的（平行度）偏差仍然差2.4mm（這里由于與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械相連，要求法蘭間隙最大最小值偏差＜0.3mm）。因此，現(xiàn)場(chǎng)采用火焰矯形的方法進(jìn)行處理，緩沖罐接管（φ406mm×11mm）法蘭矯形過程，按照下述方法進(jìn)行矯形取得了很好的效果。圖1為接管重新焊接后測(cè)量法蘭間隙偏差情況，圖2為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)記錄，最大最小差值為2.4mm。

圖 1

圖 2

具體過程如下：①首先在管道上畫出需要加熱的區(qū)域，如圖1為法蘭俯視圖，在B-C-D區(qū)域的管道上畫出曲線（拋物線），D點(diǎn)的加熱范圍最寬，B、C點(diǎn)為加熱范圍最窄。②由兩個(gè)人用氣割工具在兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行火焰上下加熱，加熱溫度在500～600℃（鋼管表面為暗紅色，可參見圖2）。③隨空氣冷卻，待冷卻至室溫后再進(jìn)行法蘭間隙的測(cè)量。④圖3、圖4為矯形結(jié)束冷卻后測(cè)量結(jié)果及實(shí)物圖，在偏差范圍內(nèi)，矯形成功。

圖 3

圖 4

在上述案例及以后幾次（某石化公司催化裝置油漿換熱器入口管、催化裝置增壓機(jī)入口管線）的法蘭偏口矯形工作中，都取得了較好的效果。

我們總結(jié)了法蘭矯形注意事項(xiàng)如下：

（1）對(duì)于法蘭偏口，在矯形前必須對(duì)法蘭進(jìn)行預(yù)組對(duì)，并對(duì)法蘭的間隙進(jìn)行實(shí)際測(cè)量和記錄間隙的分布，這是進(jìn)行火焰矯形的第一步也是關(guān)鍵一步。以后的確定火焰加熱范圍、溫度、深度時(shí)間等都依此進(jìn)行。

（2）間隙測(cè)量：應(yīng)將整圈法蘭平均分成8點(diǎn)，或者更多點(diǎn)測(cè)量，并標(biāo)注各點(diǎn)的配對(duì)法蘭的間隙值，得出最大最小值及其對(duì)應(yīng)位置，并按照對(duì)應(yīng)位置作為對(duì)稱軸，重新劃分圓周，并標(biāo)識(shí)好各點(diǎn)的間隙值。

（3）確定火焰加熱范圍：根據(jù)火焰加熱后再冷卻后工件收縮的原理，根據(jù)間隙測(cè)量的繪圖，在測(cè)量法蘭間隙最小的一側(cè)進(jìn)行火焰加熱，加熱范圍按照連續(xù)加熱半圈為宜，加熱曲線可選擇拋物線區(qū)域。圖5為測(cè)得的法蘭間隙值，A點(diǎn)為所測(cè)得法蘭間隙的最小值，D點(diǎn)為所測(cè)得的法蘭間隙的最大值，圖6所示陰影區(qū)域?yàn)榛鹧婕訜釁^(qū)域范圍。

火焰加熱區(qū)域范圍是火焰加熱的鋼管區(qū)域的橫斷面；其加熱范圍的縱向展開如圖7所示。BC直線代表焊縫所在位置，曲線BAC可參照標(biāo)準(zhǔn)拋物線進(jìn)行繪制，y=-ax+c（a、c＞0）；且a、c的取值直接與上面測(cè)得的法蘭間隙的數(shù)值、材質(zhì)、鋼管的壁厚等參數(shù)相關(guān)。

圖 5

圖 6

圖 7

（4）加熱溫度：可以根據(jù)材質(zhì)確定，根據(jù)材料不同，可以選擇材料的焊后熱處理溫度或略低于熱處理溫度。加熱時(shí)間可不需要太長(zhǎng)，一般控制在將加熱區(qū)域溫度均勻，且能夠?qū)⒄麄€(gè)壁厚加熱到同一溫度為準(zhǔn)。

（5）加熱方法：一般從B、C點(diǎn)兩側(cè)對(duì)稱同時(shí)開始向中間加熱，加熱應(yīng)該均勻；加熱后一般應(yīng)采用空冷，通常冷卻速度緩慢，對(duì)于奧氏體不銹鋼可選用水冷，加快其冷卻速度。待冷卻到常溫后再進(jìn)行測(cè)量法蘭的間隙，如果一次矯形不滿足要求，可以根據(jù)測(cè)量情況，稍微調(diào)整加熱范圍，再次加熱，直到間隙偏差符合規(guī)范要求。

（6）管子的矯正還應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：①熱矯盡量采用回火溫度，薄壁管加熱應(yīng)采用回火溫度厚壁管允許采用正火溫度。②終矯溫度不能終止在兩相溫度區(qū)，而應(yīng)高于兩相溫度區(qū)，接近正火溫度，或終止在正火溫度，然后進(jìn)行空冷。③管子的熱矯溫度也不允許超過正火矯正溫度上限，以防止過燒。④需控制矯正火焰為輕微的還原性氣氛，不得有氧化性氣氛，以免出現(xiàn)管子的脫碳。一般有經(jīng)驗(yàn)的操作者，能很好地根據(jù)管子的顏色來判定相應(yīng)的溫度值，但也應(yīng)使用光學(xué)測(cè)溫儀隨時(shí)檢測(cè)溫度，以保證溫度的正確性。

4.結(jié)語

2017年，在某石化公司的制氫裝置緩沖罐接管、催化裝置油漿換熱器配管、催化裝置增壓機(jī)入口管線的施工中，按照上述的方法對(duì)法蘭偏口進(jìn)行矯形處理，得到理想的效果，避免焊口重新組對(duì)、焊接的工序，保證了施工的質(zhì)量。