淺談不銹鋼儲罐的修復(fù)矯正措施

王文權(quán)(中石化第五建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510100)

0 引言

作為國內(nèi)最大的煤化工示范項(xiàng)目，隨著項(xiàng)目工程進(jìn)入施工高峰期建設(shè)任務(wù)的加速進(jìn)展，施工質(zhì)量方面存在的問題也隨之增多，其中就有中天合創(chuàng)聚烯烴項(xiàng)目的一臺1700m3、材質(zhì)是304L 的不銹鋼儲罐在焊接完第一圈壁板環(huán)縫后出現(xiàn)變形需要及時修復(fù)，變形控制的難點(diǎn)不僅僅是因?yàn)楣摅w的壁板較薄容易變形，而且還因?yàn)閮迌?nèi)側(cè)從上到下有三個個體較大且均勻分布的螺旋溢流板要與壁板相焊接，在有效控制好壁板焊接變形的穩(wěn)妥情況下還要控制好螺旋溢流板帶來的焊接變形，難度可以說不言而喻。

這臺不銹鋼儲罐根據(jù)施工方案采用倒裝法施工，主要存在的質(zhì)量問題就出現(xiàn)在第一圈薄壁板縱縫局部出現(xiàn)波浪變形、兩帶板間的環(huán)縫焊接收縮變形嚴(yán)重及在焊道處產(chǎn)生的凹陷變形部位達(dá)13處之多，而且凹陷部位的長度各不相同(長的有：1800mm,短的有200mm),直接影響到上下兩帶壁板的成型質(zhì)量，而且這種缺陷變形嚴(yán)重超出了規(guī)范要求的取值范圍[1]；其中，最大的一個凹坑用1米鋼板尺靠過去量得的深度尺寸是60mm，并且受變形影響面積較大，怎樣在較短時間內(nèi)修復(fù)這些罐體凹坑，怎樣在控制壁板焊接變形的同時還要控制好壁板內(nèi)螺旋溢流板的焊接變形，可以說給罐體的組對安裝及后續(xù)展開的焊接質(zhì)量都帶來了不小的難度。

焊接工程質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素主要就是焊接變形量的控制能力，而薄壁板焊接變形又具有復(fù)雜性，多元性等特點(diǎn)，一旦控制不好會對焊接的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響。

1 不銹鋼儲罐產(chǎn)生的變形原因分析

有接觸過儲罐制作和安裝的人員都知道：不銹鋼儲罐不管是在下料、切割、組對間隙、焊接及成品保護(hù)等方面都要比一般碳鋼儲罐有著不同程度的高要求，所以說控制措施必須提前到位，同時在施工時務(wù)必引起高度重視。根據(jù)這些年一直從事儲罐預(yù)制、安裝的經(jīng)驗(yàn)，一臺儲罐不僅要在前期的預(yù)制階段控制好每張鋼板的幾何尺寸，而且還要在組對、焊接階段控制好變形量的大小，這里面的主要原因是安裝過程中的焊接變形情況比較復(fù)雜，控制和矯正焊接變形又是安裝工作中較難把控的事情，特別是不銹鋼薄板的焊接變形。

1.1 根據(jù)現(xiàn)場安裝經(jīng)驗(yàn)分析總結(jié)得出儲罐產(chǎn)生變形的原因

(1)情況是板材在下料、加工預(yù)制階段操作人員技能水平的高低不同和機(jī)械設(shè)備加工精度等方面原因?qū)е掳宀膸缀纬叽绱嬖诘钠睿?/p>

(2)情況是加工好的半成品壁板拉到現(xiàn)場逐一開始進(jìn)行組對、安裝后所引起的誤差或者可以說是累計(jì)誤差；

(3)情況是兩張壁板縱縫之間及兩圈壁板環(huán)縫之間在焊接受熱時熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力變形。

1.2 根據(jù)對現(xiàn)場情況的深入了解，造成這臺不銹鋼儲罐嚴(yán)重變形的主要原因

(1)施工作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)不足且不按技術(shù)工藝卡要求執(zhí)行焊接程序，施工工序過程一味求快；

(2)焊接時電流調(diào)控大小根據(jù)本人平時喜好調(diào)整，而且隨意性很大，內(nèi)部缺失監(jiān)督協(xié)調(diào)人員；

(3)焊接時不按方案認(rèn)真執(zhí)行，盲目采取先焊內(nèi)側(cè)焊縫后焊接外側(cè)的焊接方法，并且焊接人員在焊接時的焊接方向各不相同；

(4)拍完RT 需要返修片子時，焊工與鉚工之間缺乏溝通，施工單位也沒有一個統(tǒng)一的協(xié)調(diào)人員，直接安排人員在沒有采取任何加固措施的情況下就開始進(jìn)行返修作業(yè)；

(5)壁板縱縫焊接時，準(zhǔn)備工作不到位；(例如：壁板外側(cè)防波浪變形的剛性立板沒有加固安裝)

(6)施工單位及項(xiàng)目管理人員監(jiān)管不到位，沒有及時發(fā)現(xiàn)存在的問題。

2 修復(fù)方案

針對這臺不銹鋼儲罐的變形特點(diǎn)，事先根據(jù)它的變形量大小和部位，采用先難后易三步走的修復(fù)計(jì)劃：

第一步先用記號筆標(biāo)出需要修復(fù)的嚴(yán)重變形部位(包括縱縫及環(huán)縫)，安排專人用不銹鋼專用切割片切割做好記號的焊道位置，切割時不管是縱縫還是環(huán)縫要根據(jù)情況適當(dāng)在需要修復(fù)部位的兩端各加長切割長度約200mm 左右，這樣能更好的采取相應(yīng)措施來釋放其焊接應(yīng)力，接下來就要重新開始修磨焊道坡口角度、調(diào)整間隙大小及布置脹圈及臨時支撐位置，焊接時采用先焊接壁板縱縫焊再焊接環(huán)縫，等縱縫焊接完成徹底涼透且無任何應(yīng)力存在后，再開始組對及焊接環(huán)縫，并且焊接時必須先從外側(cè)后內(nèi)側(cè)及分段倒退焊的焊接方法分別焊接壁板環(huán)縫不同的修復(fù)部位。

第二步等焊接完那些嚴(yán)重變形部位后，再仔細(xì)檢查罐體的其它變形情況，對于那些環(huán)縫附近局部還有凹下去的明顯部位，需要刻意增加一至多個5t 千斤頂從罐內(nèi)向外施加一個頂脹的力(施加頂力之前一定先要在管壁外側(cè)用楔子塞緊臨時固定檔板，使整圈壁牢牢固定在定位板的直徑范圍之內(nèi))，盡力去消除由于環(huán)縫局部焊接變形嚴(yán)重帶來的質(zhì)量問題，對于變形凹坑來說修復(fù)時力的大小和頂置位置至關(guān)重要，首先要確定好頂置位置，其次是頂脹時力要適當(dāng)過頂一些，避免頂力撤銷后不銹鋼板材發(fā)生變形回彈現(xiàn)象。

第三步對于那些環(huán)縫處還有小的凹坑則采用磨開罐壁內(nèi)側(cè)環(huán)縫2/3板厚(切記焊道不要磨透)的方法，操作時適當(dāng)再增大一下電流施焊來彌補(bǔ)環(huán)縫焊接凹陷變形數(shù)值超標(biāo)的問題，在施焊的同時施加一個頂脹或拉拽力的話效果會更明顯。

三步走的過程當(dāng)中，措施控制是避免不了的，一般常用的措施有：采用小線能量焊接、合理的焊接順序、采用夾具剛性固定、利用反變形法和焊后采用小錘錘擊焊縫來釋放應(yīng)力等。

3 修復(fù)實(shí)施

根據(jù)不銹鋼儲罐縱縫局部波浪變形及環(huán)縫收縮變形的嚴(yán)重情況，力求在修復(fù)工作中做到在控制好縱縫焊接的同時還要加強(qiáng)對環(huán)縫焊接的監(jiān)控，這兩個方面都是儲罐焊接變形當(dāng)中最容易發(fā)生變形的部位，也是儲罐焊接中的一個非常重要控制環(huán)節(jié)；所以最終制定了如下的措施加以修復(fù)變形部位：

首先，重新衡量起提升罐體安裝和防止環(huán)縫變形的槽鋼脹圈，因?yàn)樗囊?guī)格大小和圓弧度的準(zhǔn)確程度是直接影響焊接變形的一個重要因素，所以說必須根據(jù)罐體大小和重量選擇適合做脹圈的槽鋼[2]，為使防變形效果更好一些，有條件的話還可以把兩槽鋼相扣焊接成方鋼使用；其次，不管使用槽鋼或者方鋼作為脹圈，焊接環(huán)縫時也是要采用人員均布、焊接方向一致及分段倒退焊等方法才能保證焊接應(yīng)力對儲罐變形的影響，只有這樣做環(huán)縫焊完后出現(xiàn)的焊道收縮、垂直度及橢圓度等質(zhì)量問題才能有效控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。

3.1 縱縫焊接具體修復(fù)措施

安排人員在事先標(biāo)注好位置的罐體上切開縱縫并修磨好坡口形式及調(diào)整焊縫間隙大小，經(jīng)檢查合格后在修磨好的縱縫處進(jìn)行點(diǎn)焊，完成這項(xiàng)工作后方可在縱縫內(nèi)側(cè)所切割部位加適當(dāng)數(shù)量的防變形弧板，(兩弧板之間的間距250mm 為宜，壁板兩端約125mm 的地方進(jìn)行點(diǎn)焊)這樣做不但可以起到防止壁板角變形的作用，還可以對縱縫間隙起到剛性固定防止收縮過大而產(chǎn)生變形，并且還要在縱縫一側(cè)約60mm 處點(diǎn)焊一塊長度大于帶板寬度約200mm，寬度在150mm 以上的不銹鋼厚板后方可焊接，利用剛性固定來抵消焊接變形產(chǎn)生的應(yīng)力。焊接時務(wù)必優(yōu)先選擇小電流分段倒退焊接的辦法加以控制變形量的發(fā)生，對于極易在壁板兩端150mm 左右的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的外翹變形，一般采用：在焊接縱縫時留出壁板兩端120～150mm 左右的范圍不焊，待其與環(huán)縫組對連成一體時再焊接完成。

3.2 環(huán)縫及其它焊接具體修復(fù)措施

(1)在環(huán)縫的修復(fù)過程當(dāng)中采用先難后易的方法，先切開罐體有大面積凹陷部位的焊道來釋放其焊接應(yīng)力，同時再逐一在罐體內(nèi)側(cè)點(diǎn)焊臨時支撐來校正其變形情況，并采用內(nèi)、外卡樣板的方式校正罐體圓弧度的準(zhǔn)確性，對于點(diǎn)焊的臨時支撐，撐的力度可以稍大一些，確保修復(fù)部位回彈后能回到原位，其支撐數(shù)量根據(jù)具體情況設(shè)置(設(shè)置支撐間距500mm 左右為宜)，并選擇偏小的焊接電流和分段倒退焊接的方法先焊接環(huán)縫外側(cè)，等外側(cè)環(huán)縫焊完后安排人員徹底清理內(nèi)側(cè)環(huán)縫根部，經(jīng)檢查合格后再用稍大一些電流再施焊環(huán)縫內(nèi)側(cè)。

(2)在處理環(huán)縫變形當(dāng)中應(yīng)盡量避免使用錘擊，一方面為了減少壁板表面出現(xiàn)多的錘痕麻點(diǎn)，影響罐體表面外觀成形；另一方面錘擊過程當(dāng)中會引起罐體的劇烈震動，安裝、焊接當(dāng)中釋放不出來的應(yīng)力會隨著錘擊的震動作用而轉(zhuǎn)移變形位置，導(dǎo)致罐體其它部位出現(xiàn)新的應(yīng)力變形，其具體表現(xiàn)形式就是凹陷；

(3)對于螺旋溢流板的焊接也是要提前預(yù)判它的產(chǎn)生原因，待完成壁板環(huán)縫焊接的所有工作且檢查、檢測全部合格后方可在壁板內(nèi)側(cè)按溢流板的走向加固臨時支撐(間距約500mm)，每提升完一帶壁板加裝一段溢流板，逐漸依次按壁板提升高度加裝焊接完成，焊接時也同樣采用小電流分段倒退焊的方法來控制溢流板變形的發(fā)生，并且焊接人員不易過多，焊縫不能一次完成，要多層多道焊接，在三個螺旋溢流板來回穿插焊接就能有效控制焊接變形的發(fā)生幾率。

3.3 修復(fù)狀況

根據(jù)GB 50128—2014標(biāo)準(zhǔn)，矯正修復(fù)后的結(jié)果如表1所示。

表1 縱縫、環(huán)縫修復(fù)結(jié)果

經(jīng)過這幾輪的修復(fù)作業(yè)，從之前縱縫的波浪變形很明顯到修復(fù)后用板尺測得的數(shù)值為2mm，環(huán)縫收縮的數(shù)值從最大值60mm 到修復(fù)后測得數(shù)值小于6mm，檢查測得的數(shù)值與之前的數(shù)值對比情況來看，整體修復(fù)效果達(dá)到了預(yù)期，可以說修復(fù)任務(wù)是成功的，也是符合規(guī)范要求的。

4 結(jié)語

儲罐安裝過程控制當(dāng)中的焊接防范措施一旦到位，給施工帶來的不確定因素就會大大降低到最低點(diǎn)，反之如果措施控制不好的話，不僅會影響儲罐的外觀成形，而且還會在外載荷的作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中和附加應(yīng)力，大大降低儲罐的使用能力，使儲罐的安全性下降，嚴(yán)重的則會影響儲罐的正常使用。針對這次不銹鋼儲罐的變形特點(diǎn)，必須根據(jù)實(shí)際變形情況制定切實(shí)可行的修復(fù)方案，做到矯正工作有的放矢。