球罐組對焊接的質量控制

趙林偉

摘 要：球罐環帶焊縫及丁字縫是球罐質量的薄弱環節，安裝過程中嚴格執行合理的組裝工藝、焊接工藝可有效控制球罐的整體安裝質量。

關鍵詞：球罐質量；錯邊量；棱角度；焊接裂紋

多年球罐組焊的實踐以及對舊球罐的開罐檢測，發現球罐環帶焊縫及丁字縫是球罐質量的一個薄弱部位，易出現錯邊量、棱角度超標、丁字口焊接裂紋問題，使用運行時會引起應力集中，造成接頭的附加彎曲應力，降低焊接接頭的承載能力，影響球罐結構的安全。因此，如何解決這些問題成了施工中關注的重點。

1 錯邊量的控制

目前，國內眾多的球皮制造廠家所壓制的球殼板都是以凈尺寸供貨，所以控制球罐每條組對焊縫各個點的錯邊量，重點就在球片幾何尺寸的準確性和球罐組裝工藝合理性以及組對過程幾何尺寸的嚴格控制上。組對球罐時控制球罐焊縫的錯邊量應作到以下幾點。

1.1 組對前球殼板幾何尺寸的檢測

球罐組對前除按規范要求測量球殼板的弦長及對角線弦長外，還應該認真測量每片球殼板的環向、縱向實際弧長、曲率，特別是每片球殼板的周邊曲率，將直接影響組對焊縫的錯邊量。依據實際弧長可以準確計算出各帶上下環口直徑以及球罐基礎圓的放樣尺寸。如果各帶組對環口的尺寸相差較大，就必須通過放樣尺寸來調整，使其達到合理的整體組對要求。

1.2 建立合理球罐組裝工藝

合理的球罐組裝工藝是保證球罐總體組裝質量的關鍵。球罐整體成形后，產生的各方面的約束力較大，再進行錯邊量的調整是件很困難的事。在組對每帶的過程中進行調整，才能保證組裝后的總體質量。通用的組裝工藝如下，經實踐檢驗是非常合理的工藝。

1.2.1 根據實際測量的赤道帶球殼板的實際弧長累加，再加上已確定的赤道帶縱縫間隙總值，計算出基礎圓的周長，以此為基礎圓的放樣直徑，在基礎墩上畫圓。同時以基礎墩上的滑板來調整各基礎墩的相對高差≤1mm，確保安裝時環口的水平度。

1.2.2 采用分片組裝工藝時，球罐柱腳的組裝是組裝的關鍵，它直接關系到球罐赤道帶組對環口的水平度。組對在組裝平臺上進行，組對平臺的不平度應小于2mm，組對時放出實樣進行組對。

支柱赤道板中心軸線的平行度L1-L2≤2mm，且支柱與赤道板相貫線之間的間隙小于2mm，組對的支柱水平度以U型管液位計測量其偏差不大于1mm。

1.2.3 支柱與赤道板組對后依次吊裝在基礎墩滑板上，這時要求支柱柱腳板中心線與基礎圓中心線相吻合，赤道板頂部用拖拉繩拉住，然后安裝兩支柱間的拉桿，再依次安裝柱間插板（吊裝插板前應測量柱腳垂直度和球殼板的垂弦高以及插板位置的底部、頂部弦長、對角線偏差，通過拉桿進行調整）赤道帶整體組裝完后，測量組對的幾何尺寸，并按要求調整到整體組裝后的幾何尺寸要求，這是保證組對上、下溫帶及整體尺寸質量重要環節。

1.2.4 赤道帶調整好后安裝上、下溫帶板，同樣要求安裝一帶，調整一帶，以調整好的赤道帶環口尺寸為基準，只要保證各組對焊縫間隙就非常容易保證上、下溫帶組裝質量。

1.2.5 安裝上、下極板并進行調整。

1.2.6 球殼板全部組裝完畢后，應該整體調整，認真測量焊縫的錯邊量，每條焊縫不少于4點，且每個丁字口處都要認真核查。

1.3 控制縱縫兩端的棱角度

丁字縫是應力集中點，也是棱角度變形較明顯的地方，如果縱縫兩端焊后棱角度過大，在球罐組對時很可能出現錯邊量超標。因此整體組對后的球罐，縱縫兩端一定要有圓弧板加固，使焊后棱角度能控制在7mm以內。

1.4 防止極板下沉

極板與溫帶的環口組焊時容易出現極板下沉而引起錯邊量超標，主要原因是組裝應力、極板重力以及隨后焊接產生的焊接應力的綜合作用造成了固定焊焊縫開裂而致，另外局部預熱溫度過高，會削弱固定焊焊縫的強度，更易使固定焊焊縫提前開裂，引起極板下沉。因此固定焊焊縫一定要飽滿，有足夠的強度，當預熱溫度過高時，必須在溫帶里加固擋板，防止板板下沉。

2 棱角度的控制

2.1 坡口形式的確定

球罐通常采用的坡口形式是大坡口在外的不對稱X型坡口，如圖（a），但施工中發現選用（a）型坡口，易產生焊后棱角度過大，選用（b）型坡口焊后棱角度要小，特別厚壁球罐尤為明顯。所以厚壁球罐宜采用大坡口在內的不對稱X型坡口。

2.2 焊接順序

當選用大坡口在內的不對稱X型坡口和坡口在內的單面V型坡口時，焊接時應先焊內部焊縫，這樣先焊的內部焊縫就有了一定的剛性約束，有利于減小焊接的棱角度，同時坡口的碳弧氣刨、打磨清根均在球罐的外面運行，可改善焊工的勞動條件。

2.3 采用鋼性固定法

采用大坡口在外的不對稱X型坡口時，在焊縫內側均勻布置數塊弧板進行剛性固定，焊后能達到控制棱角度的目的。

2.4 減少焊縫金屬填充量

球罐組對時一定要控制焊縫間隙尺寸不要過大，第一層打底焊盡可能焊薄些，以減少背面清根深度，相應減少棱角度。另外，正面填充焊時應預留一至兩道，待背面焊接結束時再進行正面焊。

2.5 控制焊前角變形

實踐證明，只有在焊前嚴格控制角變形E≤4mm，才是最有效保證焊后角變形不超標的方法，具體做法如下。

2.5.1 成帶前認真檢查球殼板的曲率。

2.5.2 薄壁板的剛性小，成帶組對時易受自身重力的影響及組對外力的影響，出現焊道外的內變形，因此采用支承桿即可控制組對球罐橢圓度，同時盡可能將環口向外預變形，這樣也是保證避免焊后出現內角變形超差。

3 焊接裂紋的控制

3.1 嚴格控制焊接工藝規程

有效執行焊接工藝紀律，是避免焊接裂紋最有效的方法。焊前應嚴格預熱，宜采用電加熱的方法，該方法升溫均勻，停溫點易控制。另外，施焊時應盡量采用小電流、快速焊的方法，控制層間溫度不要過高。焊后及時進行消氫處理，消氫時恒溫時間要足夠長。

3.2 減小焊接應力

組焊時應避免局部的強力組對，減少組裝應力，同樣能改善焊縫內應力過大。

多人對稱焊接，盡可能做到同等同向、同步，第一、二層焊縫應采用分段退焊。在采用多層、多道焊接的同時，配合錘擊消除應力是防止丁字口裂紋有效措施之一，錘擊范圍主要是丁字口附近300mm范圍內，錘擊應在焊完每一道口后立即進行。

3.3 控制縱縫端部質量

縱縫端部是引弧和收弧的疊加部位，易產生各種微缺陷，當焊接應力較大時這些微缺陷易擴展成裂紋，因此，縱縫焊接時應盡可能在兩端200mm范圍外引弧，最好能設置引弧板、收弧板來保證縱縫端部質量。

4 結束語

焊接質量的控制應貫徹在球罐安裝的全過程中，嚴格合理的組裝工藝、焊接工藝的執行是非常重要和必不可少的，忽略了任何一個步驟，都有可能給球罐使用質量帶來隱患。

參考文獻

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