談儲罐底板焊接變形控制

席衛(wèi)東

(山西省工業(yè)設(shè)備安裝公司，山西太原 030012)

0 引言

在儲罐的制作安裝施工過程中，儲罐底板焊接變形的控制已越來越引起重視。有些儲罐底板面積大，排板情況及樣式多，包含焊縫數(shù)量多，焊縫較長;若施工措施不當(dāng)，很容易引起焊接變形，甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故。加強(qiáng)焊接過程控制，分析儲罐底板在安裝、焊接過程中鋼板的變形原因及其預(yù)防措施，進(jìn)而提高儲罐的安裝及焊接質(zhì)量。本人多年在施工工地參與各種儲罐的施工，在此介紹三例不同儲罐底板的施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，反映一些施工中儲罐底板焊接防止變形的方法控制。

1 焊接變形的原因及控制方法

各行業(yè)中許多大型儲罐采用很多鋼板拼接焊接制作，在制作過程中比較關(guān)鍵的部位是底板，底板焊接最不容易控制的是底板焊接變形。儲罐底板變形原因主要是角變形和波浪變形。在具體的施工過程中，導(dǎo)致底板焊接變形并不是其中的一種，多數(shù)情況是兩者變形的綜合表現(xiàn)。進(jìn)行焊接施工操作時，需分析產(chǎn)生實(shí)際變形的原因，采取針對性措施來減小變形量，從而達(dá)到滿足施工的要求。采取控制焊接變形的方法有:改變焊接方法、斷續(xù)焊、減小焊縫尺寸、控制焊接電流及速度、采用合格焊工焊接等。

2 施工案例

2.1 20 m3左右的儲罐

在2011年施工項(xiàng)目中，制作了一臺堿液貯罐，罐體材料Q235B，焊接方法采用手工電弧焊，焊接材料J422。罐體容積為21.2 m3，底板采用兩塊1 500 mm×3 000 mm×8 mm的鋼板拼接而成，如圖1所示。

圖1 兩塊板拼接

此儲罐底板排板情況，由A，B兩塊δ8厚鋼板拼接而成，其焊接焊縫屬于長焊縫。為了防止底板這條對接焊縫焊接變形，采用X形坡口，施焊3遍成型。此儲罐底板焊接步驟如下:

1)將對接板放到焊接鋼平臺上點(diǎn)焊組裝成3°的反變形。

2)第1遍由兩名焊工從中間向兩端跳焊，每段按300 mm左右焊接，完成每段焊縫最后使用的那根焊條盡可能用完。第1道焊接完成后采用相同方法進(jìn)行第2道焊道焊接，但焊接接頭必須與第1道錯開。

3)待第1遍，第2遍焊接完成后，磨去點(diǎn)焊焊肉，利用大錘及墊木等工具將板進(jìn)行手工校正，然后將此底板未焊側(cè)翻過來，點(diǎn)焊固定在焊接鋼平臺上，最后完成第3遍焊接。經(jīng)過以上對底板焊接的措施，該底板對接焊接完成后外觀平整，可以進(jìn)行與筒體點(diǎn)焊裝配。

4)底板與筒體點(diǎn)焊固定后，不宜直接進(jìn)行底板與筒體間角焊縫焊接，由于直接焊接時焊縫橫向收縮產(chǎn)生角變形，焊接完成后會使得底板出現(xiàn)鍋底狀的變形。為了防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，先在罐內(nèi)底板上表面斷續(xù)焊加強(qiáng)鋼構(gòu)件(用槽鋼[12制作成小于筒體內(nèi)徑40 mm的米字形狀，與底板斷續(xù)焊間隔200 mm的間距，焊20 mm長)，達(dá)到增強(qiáng)底板剛度的目的。當(dāng)所有準(zhǔn)備工作完成后，即可進(jìn)行底板與筒體間環(huán)形角焊縫焊接。安排內(nèi)外各一名焊工采取對稱地間斷跳焊，罐內(nèi)焊接層數(shù)為一道，焊角高為4 mm;罐外焊接層數(shù)為兩道，焊角高為6 mm。待焊縫常溫冷卻后，取下加強(qiáng)鋼構(gòu)件，完成因加強(qiáng)鋼構(gòu)件米字端妨礙未焊接的罐內(nèi)剩余段角焊縫。

制作此罐組裝底板反變形、焊層順序如圖2所示;對接長焊縫兩名焊工分段跳焊焊接方法如圖3所示。

圖2 底板組對反變形及焊層順序

圖3 長焊縫分段跳焊方法

2.2 500 m3左右的儲罐

在2010年項(xiàng)目施工中，制作了一臺剩余氨水罐，罐體材料Q235B，焊接方法手工電弧焊，焊接材料選用 J422。罐體容積480 m3，底板采用寬1.5 m、厚δ8鋼板搭接焊接而成。在底板排板時，根據(jù)購買的材料盡量減少焊縫數(shù)量，且焊縫以中心線對稱布置。底板拼縫采用Z形搭接焊縫，這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于鋼板在焊接位置增加了加強(qiáng)筋，增強(qiáng)了底板的結(jié)構(gòu)剛度，增強(qiáng)了抵抗失穩(wěn)變形的能力，還能使橫向收縮變形與角變形變小。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及規(guī)范要求，罐底板焊接完成后，外觀檢驗(yàn)要求罐底板應(yīng)平整，其局部凹凸度變形的深度，不應(yīng)大于變形長度的2%，且不大于50 mm。底板排板圖如圖4所示，底板搭接形式如圖5所示。

圖4 底板搭接排板圖

圖5 底板搭接形式

根據(jù)此罐底板排板情況，如圖4所示底板由寬1.5 m、厚δ8鋼板不等長板，共16塊搭接焊接而成。制作此罐底板及焊接步驟如下:

1)底板按要求鋪好后，按排板圖在罐底中心條板上劃出十字線，十字線與罐基本中心線應(yīng)重合，并在罐底的中心點(diǎn)處打出沖眼中心標(biāo)記。以此為圓心，以等于底板的安裝半徑在底板上畫圓，檢查底板鋪設(shè)是否符合要求。如有偏差，應(yīng)加以調(diào)整，直至符合要求方可點(diǎn)焊。

2)先焊底板所有焊縫靠邊緣處300 mm的區(qū)段部分，焊接前檢查墊板300 mm×60 mm×6 mm應(yīng)墊滿對接部分焊道且焊道清理干凈。焊接時由兩名焊工對稱施焊，隨時用榔頭擊打焊縫，及時消除焊接應(yīng)力。全部邊緣處300 mm焊縫焊接完成后，底板要保持整體平整，將所焊接的焊縫打磨平整。

3)筒體焊接完成并符合要求后，準(zhǔn)備焊接罐壁與底板角環(huán)焊縫。先將底板點(diǎn)焊部位用砂輪機(jī)打磨掉，這樣可以很好的釋放焊接角環(huán)焊縫產(chǎn)生的內(nèi)力變形。罐底板邊緣內(nèi)外角環(huán)焊縫焊接時，先將3名焊工均勻布置到儲罐內(nèi)側(cè)，以同樣的焊接方向和速度，同時進(jìn)行分段(每段約400 mm)的倒退跳焊。當(dāng)內(nèi)側(cè)角環(huán)焊縫第一遍施焊完后，焊工轉(zhuǎn)到罐外側(cè)，以同樣方法施焊外角環(huán)焊縫。當(dāng)外側(cè)角環(huán)焊縫施焊至規(guī)定的高度后，再進(jìn)入罐內(nèi)，完成內(nèi)側(cè)角環(huán)焊縫的施焊。

4)焊接完角環(huán)焊縫后，用大錘敲擊罐內(nèi)焊縫周邊，使其產(chǎn)生的應(yīng)力均勻釋放，防止焊接底板時出現(xiàn)波浪變形。檢查所有丁字焊縫，對不符合焊接條件的進(jìn)行修割。所有底板罐底板為搭接焊縫，由兩名焊工對稱分段(每段約400 mm)的倒退焊焊接，先焊短焊縫，后焊長焊縫，預(yù)留丁字焊縫處各邊200 mm先不焊。待其他焊縫完全焊接完成后，再完成丁字焊縫焊接，可以有效的防止此處應(yīng)力集中產(chǎn)生的局部變形。焊接長焊縫時，由中心開始向兩側(cè)分段退焊，上面案例已經(jīng)對長焊縫焊接方法進(jìn)行說明在此不再贅述。儲罐底板焊接時，根據(jù)情況可采取防變形(剛性固定法)措施:焊接短縫時，可在焊縫的兩端離邊緣150 mm打上背板(背板長度不小于600 mm，寬度不小于150 mm);焊接通長縫時，用龍門定位板將槽鋼固定于焊縫兩側(cè)，離焊縫200 mm并卡緊;通過剛性固定法可以很有效的防止焊接變形。

通過對焊接完的底板的檢查，表明采用上述焊接措施，能將底板變形成功控制在20 mm以下，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。同時剛性固定法所用材料還可以在其他罐體的制作中重復(fù)使用，有效節(jié)約了施工成本。

2.3 5 000 m3以上的儲罐

在2009年項(xiàng)目施工中，制作了一臺IC反應(yīng)罐，罐底材料為Q235B，焊接方法采用手工電弧焊，焊接材料選用J422。罐體容積為5 445 m3，底板直徑17 m，高度24 m。底板制作形式是:中幅板用厚δ10鋼板對接，弓形邊緣板用厚δ14鋼板對接，中幅板搭接在弓形邊緣板上，搭接寬度80 mm。由于罐體內(nèi)部還要從罐底向罐頂分段安裝內(nèi)件，設(shè)計(jì)要求底板制作完成后，按照施工驗(yàn)收規(guī)范檢測局部凹凸度不大于變形長度的2%，且Max≤30 mm。底板排板形式如圖6所示。

底板邊緣板采用帶墊板的對接焊形式焊接。為了避免邊緣板與罐壁板角環(huán)縫焊接收縮，對邊緣板對接短焊縫產(chǎn)生擠壓及變形，為此對邊緣板對縫坡口做一定的處理，如將組對間隙做成一楔形，外側(cè)間隙e1宜為6 mm～7 mm，內(nèi)側(cè)間隙e2宜為8 mm～12 mm。在與壁板裝配前先完成靠外側(cè)400 mm的焊接，剩余部分焊縫待角縫完成后再焊，如圖7所示。

圖6 底板排板形式

圖7 邊緣板坡口處理形式

此罐底板中幅板之間的焊縫為帶墊板的對接焊形式，底板采用寬度2 m的鋼板組對，采用較寬板相對于窄板可以減少焊縫數(shù)量，降低變形幾率。其焊接坡口形式如圖8所示。

圖8 中幅板焊接坡口形式

制作此罐底板焊接步驟如下:

1)罐壁組裝前先施焊邊緣板對接焊縫靠外側(cè)400 mm部分，然后焊中幅板中間條板短縫，再焊相鄰兩側(cè)中幅板短縫，短縫施焊時，應(yīng)將長縫的定位焊割開，相鄰兩板短縫焊完后，再焊兩板間的對接長縫。長縫施焊時，中幅板要用定位板事先固定，焊工應(yīng)均勻?qū)ΨQ分布，由中心開始向外依次分段(每段400～500)倒退焊，依次類推，直至所有中幅板焊完。焊接過程中，先預(yù)留中幅板丁字焊縫處，同上案例待短縫、長縫焊接完后再焊接完成。

2)罐體采用倒裝法施工，當(dāng)?shù)撞繋О辶⒖p焊接完成后，邊緣板與底部帶板的角環(huán)焊縫是罐壁結(jié)構(gòu)的最后一道長焊縫。施焊前，底圈罐內(nèi)壁與邊緣板之間每隔1.5 m應(yīng)打一斜撐，與罐壁成45°角，支桿長度1.2 m左右，可以有效地控制底板變形。采用6名焊工均勻分布倒退焊接角環(huán)焊縫，焊接方法同上述案例。焊接完成后，進(jìn)行邊緣板剩余對接縫焊接，安排4名焊工均勻分布對稱隔縫施焊，與焊接短縫施焊時一樣采取倒退焊法。

3)在中幅板對接焊縫、邊緣板對接焊縫焊完后，進(jìn)行中幅板與邊緣板搭接縫焊接前，用大錘敲擊焊縫兩側(cè)，可以消除部分殘余焊接應(yīng)力并使應(yīng)力分布較均勻。施焊邊緣板與中幅板的搭接縫，采用4名焊工均勻分布，以同樣焊接方向和焊接速度采用分段(每段500 mm)倒退焊方法焊接完成。

通過對底板進(jìn)行檢查，表明采用上述焊接措施能夠?qū)⒌装遄冃纬晒刂圃?5 mm以下。罐體全部制作完成后，經(jīng)過設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位的驗(yàn)收符合要求，評為優(yōu)良項(xiàng)。

3 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，儲罐制作正朝著大體積、大噸位、多材質(zhì)等方向發(fā)展，對焊接及焊接變形的控制要求越來越高，越來越嚴(yán)格。只有對焊接變形產(chǎn)生的根源做好認(rèn)真分析，在焊接過程中采取有效的防范措施，就能使焊接變形有效的控制在合理范圍內(nèi)，達(dá)到施工質(zhì)量要求。

[1]GB 50236-98，現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]GB 50128-2005，立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].