大型儲(chǔ)油罐罐底之焊接方法探索與實(shí)踐

汪興科

（東營(yíng)市技師學(xué)院，山東 東營(yíng) 257091）

在儲(chǔ)油罐的加工制造中，罐底是一個(gè)比較重要的部位，罐底的焊接成功與否決定了整個(gè)儲(chǔ)油罐加工制造的成敗。由于腹板多且面積很大，不同位置鋼板的尺寸等因素相差懸殊。需進(jìn)行大面積的角焊縫焊接，如果工藝不當(dāng)，焊接完成后會(huì)產(chǎn)生非常大的焊接應(yīng)力和變形，較難控制。如果變形后再進(jìn)行矯正處理，難度不大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使罐底結(jié)構(gòu)板報(bào)廢，影響焊接工程的質(zhì)量和進(jìn)度。

1 應(yīng)力分析

罐底焊接過程中，產(chǎn)生變形的主要原因是因?yàn)閷?duì)于搭接焊縫的焊接，縱向、橫向的收縮加上角焊縫縱向的收縮，都會(huì)造成鋼板變形。所以，要從實(shí)際情況出發(fā)，制定合適的施工方法，使焊縫按預(yù)設(shè)要求進(jìn)行收縮，防止產(chǎn)生焊接變形。在施工焊接之前，先要分析焊接應(yīng)力的產(chǎn)生情況，確定好施工工藝，選取合適的裝配形式來滿足焊接需求。

薄板焊接時(shí)，通常采用搭接角焊縫施工，由于焊接時(shí)溫度較高，溫度高的一側(cè)會(huì)產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，溫度低的一側(cè)焊接變形則較小。冷卻過程中，沿板面出現(xiàn)不均勻的收縮就產(chǎn)生了角變形。角變形大小與鋼板的厚度有關(guān)；薄板工件焊接，由于熱量傳遞得快，且沿厚度方向分布較為均勻，壓縮塑性變形產(chǎn)生較小。如果在薄板搭接焊兩側(cè)外加剛性固定條件下施焊，焊后角變形會(huì)很小。此時(shí)焊縫應(yīng)力很小，而橫向拉應(yīng)力決定焊縫是否產(chǎn)生變形。焊接時(shí)，從鋼板的一端焊到另一端，對(duì)薄板進(jìn)行加熱，由于中間溫度高，金屬將受到兩側(cè)溫度低的金屬反作用，從而產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)中間部位金屬所受的壓應(yīng)力超過屈服點(diǎn)值時(shí)，則該部位就會(huì)出現(xiàn)壓縮塑性變形，此時(shí)鋼板中同時(shí)存在著壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，并處于平衡狀態(tài)，鋼板將伸長(zhǎng)；焊縫冷卻時(shí)，由于中間部分金屬在加熱時(shí)產(chǎn)生壓縮塑性變型的原因進(jìn)行收縮，長(zhǎng)度要比原來的短。中間的應(yīng)力與兩邊的應(yīng)力是牽制影響的。故而在焊后冷卻時(shí)，中間部分將產(chǎn)生拉應(yīng)力，兩邊金屬部分會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，并達(dá)到相互的平衡，最終焊縫縱向產(chǎn)生收縮變形。

在平行+相反方向的兩外力作用下，搭接焊接時(shí)，對(duì)于施焊過程，是有先后順序的。先焊的一部分焊縫，要受到后焊部分焊縫對(duì)它的壓縮作用，因而降低了橫向拉應(yīng)力的數(shù)值，而臨近焊縫區(qū)域內(nèi)金屬因受熱產(chǎn)生的膨脹，受到相鄰固態(tài)金屬的剛性約束，產(chǎn)生壓縮塑性變形且和熱源移動(dòng)，各點(diǎn)不斷的重復(fù)這一過程。冷卻后，產(chǎn)生橫向收縮變形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知：對(duì)于4-10mm厚的鋼板搭接連續(xù)角焊縫橫向收縮量為0.6-0.8mm/m。在無外力固定的情況下，因?yàn)榇罱雍缚p的施焊不是同時(shí)完成的，先焊的部分，由于受到后焊縫橫向收縮作用，限制了后焊完成焊縫的橫向收縮，因此，在焊縫的末端，受到了拉應(yīng)力的作用。先焊焊縫則受到壓應(yīng)力作用。由上述兩部分應(yīng)力合成的結(jié)果，就產(chǎn)生了總的橫向應(yīng)力。這種橫向應(yīng)力的作用產(chǎn)生的變形，使得焊縫中間部分起拱或者凹下，這將對(duì)罐底板施工十分有害。

2 罐底板的裝配設(shè)計(jì)

罐底板的裝配設(shè)計(jì)排版，主要根據(jù)用料的幾何尺寸。應(yīng)滿足施焊所需的要求。使幅板在焊接過程中，受熱面不集中就能迅速均勻?qū)醾鬟f，還應(yīng)滿足鋪設(shè)的方便、快捷和美觀。常見的裝配排版形式有：人字形排版法、丁字形排版法、條形排版法等。幾種排版方法相比較丁字排版法較好，其優(yōu)點(diǎn)是：1）排版時(shí)便于錯(cuò)縫，美觀大方，容易排列且外觀整齊。2）能滿足施焊條件，可以避免在施焊過程中的應(yīng)力過于集中現(xiàn)象，并能使熱量迅速均勻的傳遞，克服了幅板焊后沿縱橫方向收縮引起底板發(fā)生凹拱等現(xiàn)象。效果較好。

3 罐底板的焊接工藝

3.1 焊接順序的確定

首先要分清哪些焊縫施焊后能影響到底板變形，從而合理的安排好焊接操作順序。焊縫容易產(chǎn)生的底板變形主要有：

帶壁板與弓形焊縫，會(huì)引起弓形板變形；幅板焊縫引起縱橫向方向的收縮。

弓形板與中幅板搭接角焊縫后會(huì)引起周向收縮；弓形板對(duì)接焊縫會(huì)引起周向收縮。

上述影響因素，相互牽連。因此，要將底板焊縫分段施工，使其都能均勻自由收縮。在具體焊接中，其措施如下：

先焊中幅板錯(cuò)開的短焊縫，然后焊直通的長(zhǎng)焊縫。焊接時(shí)，用小錘適當(dāng)力度錘擊焊縫區(qū)，釋放應(yīng)力。罐底與底圈壁板連接部位的焊縫焊接，為了減少焊縫變形，可以數(shù)對(duì)焊工對(duì)稱分布在罐區(qū)內(nèi)與罐外，沿同一方向分段退焊。邊緣板的徑向連接焊接縫，可以由外到內(nèi)分段退焊，由數(shù)名焊工對(duì)稱施焊。盡量選擇大規(guī)格的鋼板焊接。由于焊縫的縱向收縮量與焊縫成正比，采用大規(guī)格鋼板后，罐底板的焊縫長(zhǎng)度大量減少，縱向收縮變形也相應(yīng)地減少，同時(shí)減少工作量，降低材料消耗，節(jié)省人力和物力，提高效益。在幅板焊接完成前，留出二道主要的焊縫暫時(shí)不焊，為后續(xù)焊接留下充足的收縮余量。待罐底所有的焊縫焊接完畢后，再進(jìn)行施焊。

3.2 焊接工藝的選取

在實(shí)際的焊接過程中，采用的焊接工藝參數(shù)見下表：

層 焊條型號(hào) 電源極性 焊條直徑/mm 焊接電流/A 焊接電壓/V第1層 E4315 直流+反接 3.2 115-125 20-24第2層 E4315 直流+反接 4.0 160-175 24-28

焊接電流的大小，對(duì)焊接質(zhì)量有較大的影響。電流過大，則易產(chǎn)生咬邊，同時(shí)增加金屬飛濺。電流較小，電弧不穩(wěn)定會(huì)造成未焊透和夾渣等缺陷，使生產(chǎn)率降低。

焊接速度大小，直接影響焊接生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。應(yīng)該在保證質(zhì)量的前提下，易采用較大的焊條直徑和焊接電流，以達(dá)到最大的焊接速度。

坡口的選擇在保證焊透，盡量減少填充金屬，焊接變形及應(yīng)力盡可能小的前提下進(jìn)行選擇。

收弧時(shí)，每一層焊縫首尾必須重疊25-40mm，使焊條與平面的角度改為20度，引弧前用焊條將一根焊條收弧處來回劃數(shù)次，使焊渣劃開再引弧，這樣可以避免在焊接接頭產(chǎn)生氣孔和夾渣，保證焊接接頭處的焊接質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)大型儲(chǔ)油罐底板施工進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)和論述。闡述了罐底-鋼板焊接底板鋪設(shè)、焊接及變形矯正的方法、應(yīng)力分析。對(duì)焊接工藝與方法進(jìn)行了實(shí)踐與探索。以上方法在大型儲(chǔ)罐底板施工中得到廣泛應(yīng)用，有效的防止了罐底變形，效果較好。為大型儲(chǔ)油罐焊接制造提供了一種可參考的操作方法。