淺談常壓儲罐罐底板焊接變形控制

馬杰(北京市燕山石化儲運廠，北京 102500)

淺談常壓儲罐罐底板焊接變形控制

馬杰(北京市燕山石化儲運廠，北京 102500)

常壓儲罐罐底板焊接過程中產(chǎn)生焊接變形的主要原因在于焊接區(qū)域的應力作用和局部收縮,鋼結(jié)構(gòu)的施工進度、安裝要求、尺寸精度等都會受到焊接變形的影響。本文首先對焊接變形的機理和影響因素進行了分析,并針對常壓儲罐罐底板焊接變形提出了具體的控制方法,并對如何減少焊接應力提供了幾項具體措施。

常壓儲罐；焊接變形；控制工藝；焊接應力

1 焊接變形機理及影響因素

焊件各部分是相互制約又相互連接的關系，在焊接過程中如果構(gòu)件受到不均勻的冷卻或者加熱的話，就容易在焊件的各部位產(chǎn)生不同程度的熱脹冷縮的現(xiàn)象，使得焊件本身產(chǎn)生應力不均勻，不能自由的縮短和伸長[1-2]。

以下就造成焊接變形的主要原因進行介紹。

1.1 焊縫分布的影響

在焊接設計時忽略了焊縫均勻分布的問題[3]，就容易造成焊縫密集區(qū)和焊縫稀疏區(qū)的變形程度不一致的問題。

1.2 焊縫過分集中的影響

焊縫過分集中會加大焊接變形，使應力過多的疊加在一起。

1.3 結(jié)構(gòu)剛度的影響

通常情況下，結(jié)構(gòu)剛度小的構(gòu)件，焊后變形大，相反，結(jié)構(gòu)剛度大的構(gòu)件，焊后變形小。

1.4 焊接順序的影響

不正確的焊接順序會在焊后產(chǎn)生不同的變形量。

1.5 坡口形式的影響

焊接坡口小，焊接變形就小，反之就焊接變形越嚴重。

1.6 焊接工藝的影響

在焊接過程中，不同的焊接工藝規(guī)范在相同焊件上也會產(chǎn)生不同的焊接變形，快速、小電流的多層和多道焊，焊條不擺動，焊后變形就小。

2 燕山石化常壓儲罐G20＃罐罐底板更換焊接實例

北京燕山分公司儲運廠油品車間輕油罐區(qū)儲罐G20＃為內(nèi)浮盤罐儲，該罐容積為2000立方米，規(guī)格為15862*10960，設計溫度常溫，設計壓力常壓，介質(zhì)輕質(zhì)油。經(jīng)儲罐置換排空后進入內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)儲罐罐底板減薄，且罐底板表面有多處點腐蝕現(xiàn)象，為保證設備的安全運行，計劃對現(xiàn)有罐底板及第一圈局部壁板進行拆除和更換施工。

按照相關規(guī)范，罐底板邊緣板更換采用8毫米鋼板，中幅板采用6毫米鋼板，第一圈壁板采用8毫米鋼材，材質(zhì)Q235－B。

該罐施工中存在底板較薄、焊接施工量大、底板的布板設計要求高、焊接順序要求苛刻及焊接工藝參數(shù)要求高等難題。

2.1 罐底基礎平整度

罐底板在鋪設之前應檢查罐底瀝青砂的平整度，瀝青砂墊層表面應平整密實，無突出的隆起、凹陷及貫穿裂紋?；A局部缺陷處用石英砂填平、夯實，且在施工過程中調(diào)整墊板時嚴禁用撬杠直接支在基礎上。

2.2 合理的安排組裝順序

罐底的排板直徑，宜按照設計直徑放大0.1%～0.15%，宜便于焊縫的收縮變形后，仍能保證樣板的直徑。邊緣板最小直角邊尺寸大于等于700毫米。罐底板鋪設按照先鋪設中心板再鋪設邊緣板的順序鋪設，邊緣板位置調(diào)整完畢后，應用龍門卡局定位并電焊固定。因焊接過程中應嚴格控制焊縫中的熱輸入，需嚴格控制選用合理組對間隙，同時考慮到添加焊絲組對間隙不宜過小，應控制在4～6毫米。合理的布局及組裝保證罐底板變形量均勻、對稱，避免焊接過程儲罐底部異常變形，保證整個罐底邊緣均勻承受罐體載荷，滿足儲罐穩(wěn)定性要求。

2.3 焊接應力控制

2.3.1 焊縫尺寸的選擇

焊接區(qū)域熱脹冷縮形成焊縫應力，熱輸入與焊接區(qū)域成正比，因此焊接區(qū)域越小，焊后變形就會越小，例如厚板、小角度坡口就要盡可能的使用雙面坡口。

在進行拼接焊縫時，先翻轉(zhuǎn)背面，對坡口較深一側(cè)的1/3進行焊接，再翻轉(zhuǎn)焊接剩余的部分。這種方法只需翻轉(zhuǎn)兩次，生產(chǎn)效率高，而且焊接變形小。

2.3.2 合適的焊接材料和焊接參數(shù)

為提高焊縫金屬的抗裂性能、韌性和塑性，有效降低應力集中和焊縫中淬硬組織的刑場，就要選擇適當?shù)暮覆?。一般情況下，要使焊縫金屬的含碳量低于母材，為達到與母材的同等強度，會對焊縫中的錳、硅含量進行提高。

另外，嚴格控制焊接線能量。焊接變形和焊接參數(shù)中的焊接線能量之間是正比例關系，焊接線能量越大，在進行焊接時所產(chǎn)生的應力就越大，塑形變性也就越大。焊接熱輸入是影響焊接變形的一個主要因素，罐底板施焊過程中宜采用小電流、快速焊，以減小焊接線能量，從而減小罐底板總體焊接變形；所以應當嚴格控制焊接電流，CO2氣體保護焊時焊接電流應控制在300A以內(nèi)，埋弧自動焊時焊接電流不應大于600A。

2.3.3 合理的焊接工藝

在拼接多塊鋼板時，要先對橫焊縫進行焊接，再對縱焊縫進行焊接，避免單道長焊縫單方向連續(xù)長距離施焊，初層焊道應采用分段退焊或跳焊法。目前G20＃罐施工底板的長焊縫焊接，采取分段焊接的方法，分段段距離宜為500mm。罐底中幅板焊接施工遵循由中心向外側(cè)，由短焊縫到長焊縫的組裝順序進行焊接施工。中幅板焊縫組對點焊時應隔縫點焊，焊接時以兩塊為一個單元，從罐底中心向兩側(cè)隔一道焊縫焊一道；最后，以同樣方法將每四塊中幅板進行組裝、焊接。

在進行分段焊接時要注意避免兩端焊材的接頭對齊，保證兩個焊材的接頭處相互交錯覆蓋住對方的接頭。另外用分段焊接代替連續(xù)焊接時，還要避免焊接變形，當溫度過高時，要及時進行敲擊并且停下來等溫度降低。在進行三面焊接時，可以先從中間焊起，再向兩側(cè)蔓延，適當?shù)母淖兒附臃较蛞灿欣跍p少焊后變形。

對稱焊接施工主要應用于對稱構(gòu)件、焊縫分布均勻、截面形狀對稱等情況。。罐底與罐壁連接的角焊縫，在底圈壁板縱焊縫焊完后施焊，由數(shù)對焊工從罐內(nèi)、外沿同一方向進行分段焊接，初層焊道采用分段跳焊或跳焊法，使焊后的壁板垂直于底板。

[1]張永濤.大型鋼構(gòu)件制作加工過程中殘余應力與變形的理論分析與實踐[D].河北工業(yè)大學2013.

[2]張利國,姬書得,方洪淵,等.分段焊的焊接順序?qū)形接頭殘余應力場的影響[J].焊接學報.2011(12).

[3]陳倩清,唐永剛,王景代.大跨度鋼箱梁焊接變形控制研究[J].江蘇科技大學學報(自然科學版).2012(03).