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生焊接變形的主要原因在于焊接區域的應力作用和局部收縮,鋼結構的施工進度、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生不同程度的熱脹冷縮的現象，使得焊件本身產生應力不均勻，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和焊縫稀疏區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 結構剛度的影響

通常情況下，結構剛度小的構件，焊后變形大，相反，結構剛度大的構件，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，不同的焊接工藝規范在相同焊件上也會產生不同的焊接變形，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儲罐G20＃為內浮盤罐儲，該罐容積為2000立方米，規格為15862*10960，設計溫度常溫，設計壓力常壓，介質輕質油。經儲罐置換排空后進入內部檢查，發現儲罐罐底板減薄，且罐底板表面有多處點腐蝕現象，為保證設備的安全運行，計劃對現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

焊接區域熱脹冷縮形成焊縫應力，熱輸入與焊接區域成正比，因此焊接區域越小，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，先翻轉背面，對坡口較深一側的1/3進行焊接，再翻轉焊接剩余的部分。這種方法只需翻轉兩次，生產效率高，而且焊接變形小。

2.3.2 合適的焊接材料和焊接參數

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，就要選擇適當的焊材。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，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，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，再向兩側蔓延，適當的改變焊接方向也有利于減少焊后變形。

對稱焊接施工主要應用于對稱構件、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，由數對焊工從罐內、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].河北工業大學2013.

[2]張利國,姬書得,方洪淵,等.分段焊的焊接順序對T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).