焊接防變形措施在10萬m3石油儲(chǔ)罐施工中的應(yīng)用

徐軍華

勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司七分公司，山東 東營 256657

0 引言

焊接過程是對(duì)焊件進(jìn)行局部、不均勻的加熱過程。焊接變形是由于母材的受熱不均而導(dǎo)致收縮不一致引起的，使母材產(chǎn)生焊接應(yīng)力及焊接變形。母材在焊接后產(chǎn)生的焊接應(yīng)力主要為沿焊縫方向的橫向應(yīng)力以及垂直于焊縫方向的縱向應(yīng)力。焊接變形的主要表現(xiàn)形式為：橫向收縮、縱向收縮、角變形、彎曲撓曲變形以及波浪變形等。當(dāng)然焊接引起的變形并不都是有害的，但在石油儲(chǔ)罐焊接過程中出現(xiàn)焊接變形問題直接影響到工程的質(zhì)量與施工進(jìn)度。在大連中石油國際儲(chǔ)備庫104m3石油儲(chǔ)罐施工中，我們主要采用了以下焊接防變形措施：1）反變形法；2）剛性固定法；3）選擇合理的焊接順序；4）控制焊接參數(shù)。在具體施工中，各種防變形措施相互交叉運(yùn)用，焊接變形得到了很好的控制?，F(xiàn)在具體介紹各種焊接防變形措施在施工中的應(yīng)用。

1 反變形法

反變形法就是根據(jù)焊接母材在焊接中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力進(jìn)行分析，由此確定焊接母材在焊接時(shí)的變形特點(diǎn)及方式，在施焊前預(yù)留焊接變形量以保證焊接質(zhì)量。在石油儲(chǔ)罐中罐底邊緣板、龜甲板及罐壁的焊接中得到了充分應(yīng)用。

1.1 龜甲板焊接

在罐底板的組裝焊接時(shí)，由于中腹板的焊接收縮，會(huì)造成罐底板徑向尺寸縮小，為此在預(yù)制下料時(shí)我們將龜甲板的徑向尺寸放大到40170mm，以提供收縮余量；焊接過程中我們我們先焊接中腹板及邊緣板，預(yù)留龜甲板不焊，在罐壁大腳縫及向心縫焊接完在最后焊接，罐底板及壁板的焊接徑向收縮完畢后，根據(jù)實(shí)際焊接收縮量重新組對(duì)坡口焊接。

1.2 邊緣板焊接

邊緣板焊接時(shí)由于向心縫的縱向收縮，會(huì)造成邊緣的外側(cè)波浪變形，為此在焊接過程中利用反變形法將邊緣板外側(cè)用對(duì)扣銷子踮起，提前預(yù)留焊接變形量，具體措施如圖：

1.3 罐壁焊接

罐壁焊接時(shí)由于罐壁板焊縫的徑向收縮同樣造成石油儲(chǔ)罐的實(shí)際半徑減小，為保證石油儲(chǔ)罐的達(dá)到設(shè)計(jì)半徑的要求，故在罐壁半徑尺寸放線時(shí)將其值增大10mm～12mm以預(yù)留罐壁焊接收縮量。

2 剛性固定法

剛性固定法就是在焊接過程中對(duì)焊接母材施以較大的剛性約束，以控制焊接應(yīng)力造成的變形，該方法的不足之處時(shí)會(huì)時(shí)母材受焊接殘余應(yīng)力，長期作用下可能產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，由于焊接母材為08MnNiVR有較高的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度，故該方法在工程施工中也可應(yīng)用。剛性固定法可分為：夾具法、支撐法、臨時(shí)固定法、定位焊接法。在油罐施工中主要應(yīng)用了臨時(shí)固定法和夾具法。

2.1 臨時(shí)固定法

臨時(shí)固定法即在母材施焊前先進(jìn)行點(diǎn)焊，以起到剛性約束的目的。該方法在施工中的應(yīng)用很廣，在罐壁板環(huán)縫及大角縫的焊接時(shí)都先進(jìn)行組對(duì)點(diǎn)焊以達(dá)到剛性約束的目的，很好的控制了鋼材的徑向收縮量。其次在罐底板的組對(duì)中墊板的應(yīng)用不僅保證了焊縫成型質(zhì)量，也起到剛性約束以控制罐底板的收縮。

2.2 夾具法

夾具在石油儲(chǔ)罐的施工中具有重要作用，一方面保證了焊縫的組隊(duì)質(zhì)量另一方面也起到剛性固定的作用，很好的控制了焊接變形，尤其是在壁板的立縫及環(huán)縫的焊接。壁板的立縫及環(huán)縫的焊接都是先焊外側(cè)，外側(cè)焊接完畢后拆除夾具再焊接內(nèi)側(cè)，以此達(dá)到剛性約束，減少焊接變形，如圖

3 選擇合理的焊接順序

合理的焊接順序可以極好的控制焊接變形，前面提到的龜甲縫的就必須按照一定的焊接順序施焊：第四圈圍板→罐底大角縫的焊接→剩余向心縫的焊接→收縮縫的焊接，只用按照此順序，才能有效地控制罐底板的上翹變形。

當(dāng)然最突出還是體現(xiàn)在罐底板的焊接中?？刂乒薜装宓暮附幼冃尾捎玫暮附禹樞?yàn)椋簭闹行牡絻啥?，先焊短焊縫再焊長焊縫，焊接采取分段退焊或跳焊法，焊縫同一順次焊完后再焊另一順次。對(duì)于每一道焊縫焊接時(shí)，CO2打底焊與埋弧焊的焊接方向應(yīng)相反，CO2打底焊時(shí)，可采用間斷焊。

此外，邊緣板焊接時(shí)應(yīng)先焊外300mm焊縫，應(yīng)由八名焊工分步焊接，先打底焊，整個(gè)圓周打底焊完后在同時(shí)填充蓋面，并且每步都應(yīng)對(duì)稱施焊，剩余焊縫在罐底大腳縫焊完后在施焊。壁板的焊接，應(yīng)先焊縱向焊縫后焊環(huán)向焊縫，當(dāng)焊完相鄰兩圈壁板的縱向焊縫后再焊其間的環(huán)縫，焊工應(yīng)均勻分布并延同一方向施焊。

4 控制焊接參數(shù)

控制焊接參數(shù)在焊接防變形的應(yīng)用主要為控制其焊接熱輸入，焊縫的變形主要是因?yàn)槟覆牡氖軣岵痪鸬?，故控制輸入焊縫中的熱量也可很好的控制焊接變形。焊接熱輸入為單位長度內(nèi)輸入焊縫的熱量，其公式為：

其中：Q為焊接熱輸入；

U為焊接電壓；

I為焊接電流；

V為焊接速度；

μ為焊接熱輸入?yún)?shù)；

在石油儲(chǔ)罐施工中其焊接熱輸入不得大于100KJ/cm，控制焊接熱輸入的具體措施有：

1）給據(jù)焊接工藝評(píng)定選擇合理的焊接參數(shù)，在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡量采用較低的焊接電流，較快的焊接速度以減少焊接熱輸入；

2）設(shè)計(jì)合理的焊接坡口，在滿足焊接工藝的要求下，盡量減小焊接坡口，如抗風(fēng)圈加強(qiáng)圈的焊縫坡口由30°改為20°；壁板環(huán)縫的坡口為45°對(duì)稱K形坡口將其內(nèi)外側(cè)比例改為4：6這些措施都減少了焊材熔敷金屬量，既節(jié)約了焊材還將少了焊接工作量同時(shí)減少焊接熱輸入，控制其焊接變形；

3）保證焊縫成型質(zhì)量，盡量減少焊接次數(shù)及焊縫修補(bǔ)，以降低焊接線能量，從而減少變形；

4）采用焊接熱輸入小的焊接方法。在浮船的焊接中采用C02氣體保護(hù)焊代替手工電弧焊，坡口角度小，焊縫載面尺寸小，焊速快，焊縫線能量小，減少了焊接應(yīng)力及焊接變形。

5 焊接變形的合理利用

當(dāng)然焊接過程中產(chǎn)生的變形并不都是有害的，只要加以利用同樣可以為保證石油儲(chǔ)罐工程質(zhì)量服務(wù)如：

1）儲(chǔ)罐的壁板在滾彎過程中由于板材端部受力較小會(huì)是其弧度偏低，而在罐壁立縫焊接時(shí)由于壁板的徑向收縮，恰好使其弧度增大，是壁板弧度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

2）在安裝保溫設(shè)施時(shí)，保溫角鋼的安裝比較繁瑣，由于高空作業(yè)，保溫角鋼在于罐壁板組隊(duì)時(shí)需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力才能保證組焊質(zhì)量，而利用焊接造成的撓曲變形，我們可在罐底先進(jìn)行保溫角鋼與擋板的焊接，以其引起的撓曲變形極大地方便了保溫角鋼的安裝。

6 結(jié)論

上述焊接防變形措施充分應(yīng)用在大連中石油國際儲(chǔ)備庫項(xiàng)目三期工程十萬立方石油儲(chǔ)罐的生產(chǎn)，成功的保證了工程的施工質(zhì)量。由我單位施工的大連中石油國際儲(chǔ)備庫項(xiàng)目三期工程的十萬立方石油儲(chǔ)罐獲得了業(yè)主的一致好評(píng)。

[1]曾樂主編.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[2]吳志強(qiáng)主編.現(xiàn)代焊接方法與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工程師進(jìn)修大學(xué)出版，1989.

[3]周興中主編.焊接方法與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.