氣柜底板焊接變形的控制

文/張玉福

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氣柜底板焊接變形的控制

文/張玉福

中國石油撫順石化公司

氣柜底板面積大、板材薄、焊縫多，焊后極易產生焊接變形，影響氣柜的質量及將來的正常運行。施工中采用合理的施工方法和順序，對焊接變形進行控制，對氣柜的質量及將來的正常使用和運行起到至關重要的作用。

氣柜底板；焊接變形；控制

中國石油煉化企業天然氣利用改造工程3萬立干式儲氣柜制作安裝工程，氣柜柜體直徑34.377米，柜體總高為46.263米，總重約為710噸，氣柜由底板、活塞板、壁板立柱、柜頂板、T圍欄、調平裝置、密封膜等部件組成。氣柜的底板板厚為4.5毫米、6毫米，底板面積為932.02平方米，氣柜底板面積大、板材薄、焊縫多，焊后極易產生波浪變形。因此在組對和焊接過程中的關鍵問題是控制焊接變形的產生。

氣柜底板焊縫形式主要為對接和搭接。焊后主要產生橫向收縮和縱向收縮以及失穩翹曲變形，如圖1、2、3所示。以上三種變形共同作用即產生常見的氣柜底板焊后的波浪變形。

圖1 焊接橫向收縮

圖2 焊接縱向收縮

圖3焊接失穩翹曲變形

1 氣柜底板組對形式

氣柜底板由中幅板和內、外環板組成。中幅板和內環板板厚為δ=4.5毫米，外環板板厚為δ=6毫米。鋼板材質均為Q235-B。中幅板之間、內環板之間為搭接，外環板之間為對接，中幅板與內環板、內環板與外環板之間為搭接。氣柜基礎為起拱型。氣柜底板焊接排版圖及底板與基礎

2 氣柜底板焊接變形產生的原因

氣柜底板焊接受熱產生變形。氣柜底板板材薄、面積大、焊縫多。焊接過程受熱極易產生波浪變形。

焊接過程實質上是板材的不均勻加熱和冷卻過程，焊件上距熔池中心遠近不同的各點的溫度是不同的，且各點的溫度每一瞬間都在變化。焊接時焊縫及其附近金屬的溫度較高，要發生較大的熱膨脹，但又要受到周圍溫度較低金屬的約束，所以焊接加熱時，焊縫及其附近金屬受到壓應力而周圍溫度較低的金屬受到拉應力。鋼板被加熱時，隨著溫度的升高，其屈服點會下降，這樣焊接高溫區的金屬所受到的壓應力往往會超過材料的屈服點而產生壓縮塑變形。焊縫金屬冷卻收縮時，產生壓縮塑性變形的部分就會出現小于原來尺寸的縮短現象。焊件的橫向和縱向縮短就造成了焊件焊后的各種變形。同時，發生縮短變形的金屬要受到周圍溫度較低處變形較小的金屬約束、阻礙其縮短，致使焊縫及其附近金屬受到拉應力而周圍的金屬受到壓應力。這樣就產生了焊接應力和變形。

焊接結束后存在于鋼板中的應力，一般情況下在焊縫附近是拉壓力，離開焊縫較遠的區域為壓應力。在壓應力的作用下，由于氣柜底板面積大，薄板失穩，產生波浪變形。

3 氣柜底板焊接變形的防止措施

3.1采用變形較小的焊接方法

二氧化碳氣體保護焊效率高、成本底，適宜薄板焊接，在一定的焊接參數下，可進行全位置焊接，熔敷效率高，焊后變形小。氣柜所有焊縫均采用二氧化碳氣體保護焊進行焊接?？蓮暮附臃椒ㄉ嫌行p小焊接變形。

3.2采用剛性固定法

底板組對采用剛性固定的方法，在底板焊口兩側組對時加背杠和楔子。

3.3 合理的選擇焊接工藝參數

焊接時焊接線能量越大，產生的焊接變形也越大，焊接過程中應盡可能采用小電流快速焊，減小焊接電弧的熱輸入量，使熱影響區域范圍減少，從而減小焊接變形。

3.4 合理選擇焊接順序

3.4.1以底板中幅板為十字中心線，按十字中心線將底板分成四塊，各自焊接，焊完后再焊十字中心線。

3.4.2先焊短焊縫，后焊長焊縫。先焊焊縫編號為1的焊縫，使底板在長度方向自由收縮成為整體長條，然后再將標注為A的板焊接為一個整體，再將標注為B的板與標注為A的板焊接為一個整體，以此類推。

3.4.3中幅板和內環板之間的焊縫，可由數名焊工均布對稱施焊，并可同時進行。

4.4.4內環板與外環板的搭接焊縫暫時不焊，留待底層壁板與內環板T型角焊縫施焊完畢后再進行焊接。

3.4.5底板焊縫由內向外施焊。兩塊板相焊，焊縫會產生橫向收縮和縱向收縮，內部是封閉部位，外部屬自由端（越往外越明顯），由內向外可使焊縫的橫、縱焊縫自由收縮；反之，若先焊外，自由端被固定，在焊內部時，焊縫的橫、縱向收縮都會受到限制，因而產生較大應力，從而產生較大變形。

會引起變形，且越往外越明顯，這是因為兩側的應力相等而又有足夠的寬度，不會使中心板產生3.5適當改變焊接方向，焊接過程采用分段退焊或分段跳焊法。

分段焊可以減少焊接熱輸入，控制焊接變形。將長焊縫變為短焊縫，多人同時施焊，降低勞動強度，提高效率。分段退焊中應盡可能保持施焊過程的連續性，分段而連續進行。

分段退焊主要是縮小焊接區與結構整體之間的溫差，從而減少焊接變形；同時由于頭尾相接的焊接順序，前一段焊縫剛冷卻下來，后一段焊縫的熱量就會給前一段一部分，使其得到一次退火的機會，同時減小了前后的溫差。

3.6采用錘擊焊縫的方法

焊接過程中每焊一道焊縫都必須用扁長圓頭錘子，沿焊接方向依次錘擊，力量要適中，使焊縫周圍2毫米范圍內受到影響。錘擊焊縫2-3遍。樣可以使焊縫金屬得到延伸，減少殘余應力，從而降低焊接內應力，達到減少變形的目的。錘擊應保持均勻、適當。錘擊應在焊后立即實施。

3.7焊前預熱

焊接時的溫差是產生焊接變形的根本原因。因此，盡量縮小焊縫與母材之間的溫差，使殘余應力變小，焊接變形也就變小。另外，通過預熱還可以排除焊縫區的水蒸氣，減少了氣孔和氫裂產生的可能性。

4 結語

通過以上方法的應用，有效的避免了3萬立干式儲氣柜底板的焊接變形問題。為以后大面積薄板焊接變形問題以及氣柜底板的施工提供了寶貴的經驗。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊機械工業出版社,2002.