儲罐底板焊接變形控制

陳樹?。?南京金陵石化建筑安裝工程有限公司，江蘇 南京 210033）

儲罐底板焊接變形控制

陳樹?。?南京金陵石化建筑安裝工程有限公司，江蘇 南京 210033）

大型儲罐作為石油化工企業(yè)重要設(shè)備之一，其施工質(zhì)量對企業(yè)安全生產(chǎn)有著重要意義，而罐底板焊接變形控制是儲罐施工的關(guān)鍵。本文就罐底板焊接變形產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，找出控制罐底板焊接變形的方法及工藝措施，在實(shí)際施工中進(jìn)行應(yīng)用，取得良好的效果。

底板焊接；焊接變形；控制措施

隨著石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，大型儲罐日益增多，質(zhì)量要求也越來越高，而罐底板的質(zhì)量很大程度決定儲罐的使用壽命，因此，在儲罐施工過程中，如何保證罐底板質(zhì)量尤為重要。罐底板板材厚度與其長度、寬度相比，尺寸相差懸殊，在罐底板焊接過程中，極易產(chǎn)生焊接變形。如何控制焊接變形的產(chǎn)生是保證整個(gè)儲罐制作質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文以我公司制造安裝的一臺催化原料罐為例，對大型儲罐罐底板焊接變形產(chǎn)生的原因及控制措施進(jìn)行討論。

1　焊接變形產(chǎn)生的機(jī)理

焊接變形的產(chǎn)生，從根本上說是因?yàn)楹附庸こ讨袦囟仍跇?gòu)件上得分布不均勻，造成高溫區(qū)域冷卻后產(chǎn)生的收縮量大，低溫區(qū)域收縮量小，這種不等量的收縮導(dǎo)致構(gòu)件形狀改變。對于具體結(jié)構(gòu)而言，其最終的變形與焊縫的位置、數(shù)量、大小及焊縫收縮量有關(guān)。此外，構(gòu)件內(nèi)部由于焊接過程產(chǎn)生的內(nèi)因力，也會影響構(gòu)件焊后變形。

罐底板的變形主要有波浪變形和角變形兩種，角變形發(fā)生在堆焊、對焊、搭接焊時(shí)，由于接頭處收縮變形在厚度方向上不均勻分布造成的，焊縫正面變形大，背面變形小造成構(gòu)件平面的偏轉(zhuǎn)形成角變形。波浪變形產(chǎn)生原因有兩種，一種是鋼板焊接時(shí)產(chǎn)生的上下相間的角變形而形成，一種是由于焊縫附近的拉應(yīng)力及較遠(yuǎn)區(qū)域的壓應(yīng)力共同作用造成鋼板失穩(wěn)產(chǎn)生的。

因此，為了控制焊接變形，一方面要增加構(gòu)件的剛度或外界對構(gòu)件的約束力，另一方面需要降低焊接時(shí)溫度場的分布不均勻，減少焊接變形。

2　控制焊接變形的基本措施原則

（1）合理的焊接順序 合理的焊接順序可以保證罐底板焊接時(shí)處于相對自由狀態(tài)，對控制焊接變形量與焊接殘余應(yīng)力意義重大，罐底板焊接順序應(yīng)為：邊緣板外300mm對接焊縫焊接→中幅板短焊縫焊接→中幅板長焊縫焊接→邊緣板與罐壁板大角縫焊接→邊緣板其余對接焊縫焊接→邊緣板與中幅板伸縮焊縫焊接。

（2）減少焊縫數(shù)量 編制材料計(jì)劃時(shí)，根據(jù)罐底板直徑及中幅板、邊緣板的布置形式，盡量選擇大規(guī)格的鋼板，力求焊縫數(shù)量最少，罐底板拼接焊縫減少了，必然有效減少焊縫收縮量，從而減少焊接變形量。

（3）合理布置焊縫位置 焊縫應(yīng)盡量對稱布置，使焊接變形能夠相互抵消，減少累計(jì)變形。如中幅板布置時(shí)，以十字中心線為基準(zhǔn)，對稱排列；弓形邊緣板布置時(shí)以圓心為基準(zhǔn)，環(huán)繞布置。

（4）合理的焊接方法 采用較小的焊接線能量可以減少焊接變形，底板施焊時(shí)，盡量減少焊接電流，增大焊接層數(shù)，多采用退焊和跳焊的方法，限制和縮小溫度場，使焊縫總長范圍內(nèi)應(yīng)力平均值降低，減少焊接變形。

（5）機(jī)械矯正法 焊接變形是伴隨焊接出現(xiàn)，不可避免的，實(shí)際應(yīng)用中，為了把焊接變形控制在一定范圍內(nèi)，可以采用適當(dāng)?shù)某C正方法，如焊接前采用反變形法，使焊件產(chǎn)生大小相等、方向相反的變形，抵消或補(bǔ)償焊后發(fā)生的變形，保證構(gòu)件最終精度。焊接過程中，還可以采用錘擊法，一方面使金屬受力產(chǎn)生塑性變形，釋放內(nèi)應(yīng)力；另一方面，大力錘擊，使金屬產(chǎn)生反方向變形，以變形抵消變形。

3　工程實(shí)例

（1）工程概況 2012年，我公司承建中石化金陵分公司油品質(zhì)量升級改造工程系統(tǒng)配套項(xiàng)目，該項(xiàng)目中的催化原料罐區(qū)改造包含一臺5000m3拱頂油罐制作及安裝，該儲罐直徑23.84m，總?cè)莘e5000m3，罐底由邊緣板和中幅板構(gòu)成，邊緣板材質(zhì)為Q345R，厚度δ12，中幅板材質(zhì)為Q235B，厚度δ8。邊緣板由多塊板組成環(huán)形結(jié)構(gòu)，中幅板由多塊板拼成多邊形平板結(jié)構(gòu)，邊緣板與中幅板之間通過龜甲縫焊接成整體，而底板與壁板通過環(huán)形大角縫相連，各焊縫焊接工藝見下表：

焊接位置焊縫形式焊接方法焊接材料焊接電流邊緣板對接焊縫S M A W J 4 2 7 1 0 0～1 3 0 A中幅板搭接角焊縫M I G E 5 0 1 T -1 1 6 0～2 0 0 A底板與壁板連接處角焊縫M I G E 5 0 1 T -1 1 6 0～2 0 0 A邊緣板與中幅板連接處搭接角焊縫M I G E 5 0 1 T -1 1 6 0～2 0 0 A

（2）罐底邊緣板的組對焊接 考慮到罐底邊緣板焊接收縮，排版時(shí)將外徑放大0.15%，同時(shí)采用圖1所示的夾具固定并調(diào)節(jié)坡口間隙及錯(cuò)邊量。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，邊緣板的組對應(yīng)采用不等間隙，外側(cè)控制在6～7mm，內(nèi)側(cè)控制在8～12mm，以便焊縫熱收縮間隙歸于一致，保證邊緣板的平整度。焊接前，采用6mm墊板墊在焊縫下，這樣不僅能保證焊透底板根部，而且在底板下部增加加強(qiáng)筋，使罐底板結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng)，降低大范圍出現(xiàn)失穩(wěn)變形的可能性，同時(shí)利用反變形法減小焊接變形。焊接時(shí)，先焊自邊緣板自外向內(nèi)300mm的對接縫，隔一條焊縫焊接一條，焊工均布在邊緣板外側(cè)圓周上同時(shí)對稱施焊，保持速度一致，剩余焊縫需待罐底板與罐壁板大角縫焊接完成后進(jìn)行，仍由焊工均布，采用退焊法由焊縫接頭向內(nèi)側(cè)焊接。

（3）罐底中幅板的焊接 中幅板焊接時(shí)，由于焊縫多為長焊縫、多層焊縫，焊接過程中會造成多種焊接應(yīng)力的存在，焊后不能及時(shí)釋放，會形成殘余變形，不僅影響罐底的尺寸精度和外觀，還將降低罐底的承載能力，因此控制中幅板的焊接變形，是保證罐底質(zhì)量的關(guān)鍵。中幅板焊接可在罐底邊緣板300mm焊接完成后進(jìn)行，總體原則是先焊短焊縫、再焊長焊縫，由中心向四周發(fā)散的形式焊接。焊接時(shí)由單塊板焊接成兩塊一組，再由兩塊一組焊接成四塊一組，以此類推，相鄰焊縫不得同時(shí)施焊，應(yīng)隔一道焊一道，初層焊道采用分段退焊或跳焊焊接，分段焊接長度為300mm左右，接頭錯(cuò)開80mm左右為宜。對于三層鋼板重疊部分的搭接焊縫，變形較大，焊接過程中，可一邊焊接，一邊趁熱進(jìn)行錘擊，產(chǎn)生塑性變形，釋放應(yīng)力集中。根部焊道焊接完成后，沿三個(gè)方向200mm范圍內(nèi)進(jìn)行滲透檢測，全部完成后再次進(jìn)行滲透檢測，保證焊接質(zhì)量。

圖1　

（4）罐底與罐壁大角縫焊接 罐底與罐壁連接的大角焊縫為雙面焊縫，尺寸較大，必須在底圈壁板縱縫焊完后、邊緣板與中幅板焊接前施焊，該T型角焊縫為雙面坡口的全焊透焊縫，焊接填充量大，如不加以控制，會產(chǎn)生較大的焊后變形，為避免焊接產(chǎn)生角變形對罐壁垂直度的影響，焊接前，在罐壁內(nèi)側(cè)均勻布置若干個(gè)斜撐加固，斜撐布距不大于1200mm，并不得妨礙焊接。施焊時(shí)，由數(shù)名焊工由罐內(nèi)、外沿同一方向、同一工藝參數(shù)、采用分段跳焊焊接，焊100mm空400mm，然后焊所空的400mm焊縫，內(nèi)、外側(cè)角焊縫焊完后，拆除斜撐，對罐內(nèi)角焊縫進(jìn)行磁粉檢測。

（5）龜甲縫焊接 龜甲縫焊接是罐底板焊接的最后一道工序，焊接量大，焊后收縮嚴(yán)重，直接影響罐底板的平整度。組對前不得電焊固定，保證能夠自由收縮，焊接時(shí)焊工均勻分布，沿同一方向，同一參數(shù)，采用分段跳焊或退焊同步施焊。

4　結(jié)語

實(shí)踐證明，我公司施工中采取的合理焊接方法、焊接順序及行之有效的防變形措施，使罐底板質(zhì)量得到有效的控制，效果非常好，經(jīng)過檢查驗(yàn)收，罐底板局部凹凸變形深度均未超過30mm，低于“罐底焊后局部凹凸變形深度不應(yīng)超過長度小于2%，且不大于50mm”的規(guī)范要求，達(dá)到預(yù)期的效果，獲得業(yè)主的一致好評。

［1］SH/T3530-2011，石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工技術(shù)規(guī)程［M］.

［2］GB50128-2005，立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗(yàn)收規(guī)范［M］.

［3］邱葭菲主編.《焊接方法》［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［4］陳丙森主編.《焊接手冊》［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2001.