淺談中小型立式圓筒鋼制儲罐壁板焊接變形的控制

胡慶利

摘 要：根據(jù)立式鋼制儲罐在焊接過程中易產(chǎn)生焊接變形的現(xiàn)象，分析了焊接變形的原因，提出了控制焊接變形的措施，以有效保證工程施工中的焊接質(zhì)量與成型，確保了儲罐的合規(guī)性。

關(guān)鍵詞：立式鋼制儲罐；壁板；焊接工藝；變形；控制

近年來，隨著民航工業(yè)的迅速發(fā)展，配套中國航油事業(yè)也在高速發(fā)展中。根據(jù)航空煤油的特點(diǎn)，中國航油儲罐一般為中小型立式圓筒鋼制儲罐，而航煤儲罐常采用6～12mm厚薄壁型鋼板。通常板厚小于12mm的儲罐我們稱之為薄壁儲罐。由于薄壁儲罐鋼板厚度薄，剛度小，直徑大，焊縫長，在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫縱向收縮量大，加之其他原因，在焊接制作安裝過程最易出現(xiàn)變形。本文我們主要論證薄壁板變形分析與控制、改進(jìn)措施。

1 變形分析

立式圓筒形儲罐的變形主要由焊接變形導(dǎo)致。由于薄板在焊接過程中受熱變形比較大，所以薄壁板儲罐的焊接變形更為明顯和難以控制。焊接變形是由于鋼板在焊接過程受熱不均勻，引起鋼板不均勻膨脹和收縮，產(chǎn)生向外壓應(yīng)力，受周圍金屬擠壓，在焊縫逐漸冷卻過程中使得內(nèi)應(yīng)力無法釋放，產(chǎn)生朔性變形。溫差越大，產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，壓縮塑性變形量也就越大。焊接變形主要是焊接熱應(yīng)力作用的結(jié)果。

2 壁板縱縫的焊接控制

壁板縱縫的變形主要有兩種，一種是焊縫外凸，一種是內(nèi)凹，又極易出現(xiàn)在角焊縫處。縱縫的變形對壁板的凹凸度產(chǎn)生極大影響。可采取以下措施：

2.1 卷板預(yù)制過程中控制

由于卷板機(jī)的精準(zhǔn)度不一致，導(dǎo)致壁板邊緣弧度與整體圓度有誤差，這樣組裝時必須進(jìn)行強(qiáng)行組對，進(jìn)而引起現(xiàn)場壁板組對焊接時會產(chǎn)生較大應(yīng)力存在。所以壁板組裝時盡可能保證壁板邊緣的弧度與整體一致。

2.2 縱縫焊接控制

由于縱縫內(nèi)側(cè)可采用弧板鋼性固定，宜先焊接外側(cè)焊道，第一層焊道焊接采用分段退焊或跳焊方法，且焊接電流不宜過大，焊接速度不宜過快。焊接過程中，留出100～200mm不焊，待環(huán)焊縫焊接時再施焊。

2.3 應(yīng)力釋放控制

由于壁板縱縫一般為橫向應(yīng)力，宜留出一道縱縫為活口不焊，待全部縱縫焊接完成并將應(yīng)力全部釋放后，在進(jìn)行最后一道縱縫焊接。最后一條縱縫鎖定時，測量周長，較少誤差，焊接時必須采用不少于三條弧板加固同時注意T字縫處焊接速度，避免焊接應(yīng)力較大產(chǎn)生變形。

3 壁板環(huán)縫的焊接控制

壁板環(huán)焊縫的焊接變形主要為角變形，由于焊接應(yīng)力和焊接熱收縮影響，在焊接壁板外側(cè)環(huán)焊縫時，由于角變形，上圈壁板向外傾斜；在焊接壁板內(nèi)側(cè)環(huán)焊縫時，由于角變形，上圈壁板向內(nèi)傾斜。如果壁板向內(nèi)側(cè)傾斜數(shù)值大于或小于外側(cè)數(shù)值時，壁板垂直度就達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，影響儲罐的正常使用?？刂坪附咏亲冃蔚闹饕胧椋汉附庸に嚺c內(nèi)側(cè)焊道清根量大小確定和控制。

3.1 壁板組裝及鋼性固定

由于航煤儲罐常有6mm厚且寬度小于1m鋼板，環(huán)焊縫焊接時變形極大。要求坡口鈍邊控制在2～3mm，組對間隙2～3mm。并對焊縫兩側(cè)采用不小于1m長背杠進(jìn)行鋼性固定，防止焊接應(yīng)力不均勻釋放，且背杠與壁板接觸面要光滑，不得留有間隙。

3.2 焊接工藝控制

焊接環(huán)焊縫時，各焊工要有人統(tǒng)一協(xié)調(diào)，做到分部均勻，方向、施焊速度焊道數(shù)都一致；要在整圈壁板全部組裝完成后，定位焊均勻分布并焊接完后，各焊工開始焊接。焊接方式宜先外側(cè)焊接，采用分段退焊或者跳焊。焊接過程中不宜一次焊接完成，這樣由于快速焊接導(dǎo)致焊接應(yīng)力不能及時釋放而引起外凸或內(nèi)凹，導(dǎo)致罐壁垂直度不符合規(guī)范要求。待每一層焊道焊接完后，在進(jìn)行第二層焊道焊接。由于航煤儲罐焊接質(zhì)量要求高，內(nèi)側(cè)焊道焊接時要進(jìn)行清根處理，一般進(jìn)行砂輪機(jī)到處理。如果打磨達(dá)不到焊接要求時，采用的碳弧氣刨進(jìn)行清根，碳棒直徑不宜大，針對6～10mm鋼板宜采用ф4mm進(jìn)行清根。清根深度控制在3～4mm左右。

3.3 焊接變形處理

由于壁板較窄，仍會出現(xiàn)壁板環(huán)焊縫變形情況，這時需要對變形進(jìn)行處理。當(dāng)變形較小時，采用預(yù)熱法，錘擊焊縫等；當(dāng)變形較大時，焊縫外凸對內(nèi)側(cè)進(jìn)行碳弧氣刨，焊縫內(nèi)凹則進(jìn)行外側(cè)碳弧氣刨處理，進(jìn)行應(yīng)力釋放，待壁板組對符合要求時再進(jìn)行焊接。

4 壁板組底板焊接時變形控制

罐壁板起落前，現(xiàn)用腳塊進(jìn)行位置固定，減少尺寸誤差，保證底圈壁板圓度。要及時對儲罐直徑進(jìn)行復(fù)核測量，進(jìn)一步減少誤差。焊接角焊縫時，遵循先內(nèi)后外的原則，由多名焊工均勻分布、向同一方向、同一焊道勻速焊接，宜采用分段退焊或跳焊方法。焊接速度不宜過快。

5 罐壁板組裝時減少誤差措施

在減少焊接變形時，也要加強(qiáng)組裝誤差減少，例如脹圈弧度誤差控制在最小、與罐壁板間隙誤差盡量消除，臨時鋼性固定的背杠平整度要盡量小、保證與壁板垂直緊貼。組裝完后的垂直度誤差盡量控制在3mm以內(nèi)，甚至更少（規(guī)范要求每圈壁板的垂直度為0.3%）。罐壁板圓度保持與圓周一直，尤其在堆放放置于胎具上、吊裝圍板吊繩要長度要等長。馬凳高度要在同一水平面上，保持壁板上平口的水平度。

6 結(jié)語

在罐壁板施工過程中，一定要熟練掌握焊接工藝，采用合理的焊接方法及控制措施，以減少和消除焊接后殘余應(yīng)力和變形。在實(shí)踐中不斷積累、總結(jié)焊接與施工經(jīng)驗(yàn)，綜合分析考慮各種因素，在正確的焊接工藝條件下，高精度預(yù)制鋼板尺寸和正確的焊接工藝是控制壁板應(yīng)力消除和減少變形的可靠手段，這樣才能有效保證工程施工中的焊接質(zhì)量和儲罐制作質(zhì)量。

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