焊接防變形措施在10萬m3石油儲罐施工中的應用

徐軍華

勝利石油化工建設有限責任公司七分公司，山東 東營 256657

0 引言

焊接過程是對焊件進行局部、不均勻的加熱過程。焊接變形是由于母材的受熱不均而導致收縮不一致引起的，使母材產生焊接應力及焊接變形。母材在焊接后產生的焊接應力主要為沿焊縫方向的橫向應力以及垂直于焊縫方向的縱向應力。焊接變形的主要表現形式為：橫向收縮、縱向收縮、角變形、彎曲撓曲變形以及波浪變形等。當然焊接引起的變形并不都是有害的，但在石油儲罐焊接過程中出現焊接變形問題直接影響到工程的質量與施工進度。在大連中石油國際儲備庫104m3石油儲罐施工中，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。在具體施工中，各種防變形措施相互交叉運用，焊接變形得到了很好的控制。現在具體介紹各種焊接防變形措施在施工中的應用。

1 反變形法

反變形法就是根據焊接母材在焊接中產生的焊接應力進行分析，由此確定焊接母材在焊接時的變形特點及方式，在施焊前預留焊接變形量以保證焊接質量。在石油儲罐中罐底邊緣板、龜甲板及罐壁的焊接中得到了充分應用。

1.1 龜甲板焊接

在罐底板的組裝焊接時，由于中腹板的焊接收縮，會造成罐底板徑向尺寸縮小，為此在預制下料時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，根據實際焊接收縮量重新組對坡口焊接。

1.2 邊緣板焊接

邊緣板焊接時由于向心縫的縱向收縮，會造成邊緣的外側波浪變形，為此在焊接過程中利用反變形法將邊緣板外側用對扣銷子踮起，提前預留焊接變形量，具體措施如圖：

1.3 罐壁焊接

罐壁焊接時由于罐壁板焊縫的徑向收縮同樣造成石油儲罐的實際半徑減小，為保證石油儲罐的達到設計半徑的要求，故在罐壁半徑尺寸放線時將其值增大10mm～12mm以預留罐壁焊接收縮量。

2 剛性固定法

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

2.1 臨時固定法

臨時固定法即在母材施焊前先進行點焊，以起到剛性約束的目的。該方法在施工中的應用很廣，在罐壁板環縫及大角縫的焊接時都先進行組對點焊以達到剛性約束的目的，很好的控制了鋼材的徑向收縮量。其次在罐底板的組對中墊板的應用不僅保證了焊縫成型質量，也起到剛性約束以控制罐底板的收縮。

2.2 夾具法

夾具在石油儲罐的施工中具有重要作用，一方面保證了焊縫的組隊質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縫的焊接。壁板的立縫及環縫的焊接都是先焊外側，外側焊接完畢后拆除夾具再焊接內側，以此達到剛性約束，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。

當然最突出還是體現在罐底板的焊接中。控制罐底板的焊接變形采用的焊接順序為：從中心到兩端，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。對于每一道焊縫焊接時，CO2打底焊與埋弧焊的焊接方向應相反，CO2打底焊時，可采用間斷焊。

此外，邊緣板焊接時應先焊外300mm焊縫，應由八名焊工分步焊接，先打底焊，整個圓周打底焊完后在同時填充蓋面，并且每步都應對稱施焊，剩余焊縫在罐底大腳縫焊完后在施焊。壁板的焊接，應先焊縱向焊縫后焊環向焊縫，當焊完相鄰兩圈壁板的縱向焊縫后再焊其間的環縫，焊工應均勻分布并延同一方向施焊。

4 控制焊接參數

控制焊接參數在焊接防變形的應用主要為控制其焊接熱輸入，焊縫的變形主要是因為母材的受熱不均引起的，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為焊接熱輸入參數；

在石油儲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）給據焊接工藝評定選擇合理的焊接參數，在保證焊接質量的前提下，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）設計合理的焊接坡口，在滿足焊接工藝的要求下，盡量減小焊接坡口，如抗風圈加強圈的焊縫坡口由30°改為20°；壁板環縫的坡口為45°對稱K形坡口將其內外側比例改為4：6這些措施都減少了焊材熔敷金屬量，既節約了焊材還將少了焊接工作量同時減少焊接熱輸入，控制其焊接變形；

3）保證焊縫成型質量，盡量減少焊接次數及焊縫修補，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，減少了焊接應力及焊接變形。

5 焊接變形的合理利用

當然焊接過程中產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罐工程質量服務如：

1）儲罐的壁板在滾彎過程中由于板材端部受力較小會是其弧度偏低，而在罐壁立縫焊接時由于壁板的徑向收縮，恰好使其弧度增大，是壁板弧度達到設計要求；

2）在安裝保溫設施時，保溫角鋼的安裝比較繁瑣，由于高空作業，保溫角鋼在于罐壁板組隊時需要費時費力才能保證組焊質量，而利用焊接造成的撓曲變形，我們可在罐底先進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 結論

上述焊接防變形措施充分應用在大連中石油國際儲備庫項目三期工程十萬立方石油儲罐的生產，成功的保證了工程的施工質量。由我單位施工的大連中石油國際儲備庫項目三期工程的十萬立方石油儲罐獲得了業主的一致好評。

[1]曾樂主編.現代焊接技術手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1993.

[2]吳志強主編.現代焊接方法與設備[M].北京：機械工程師進修大學出版，1989.

[3]周興中主編.焊接方法與設備[M].北京：機械工業出版社，1990.