立式儲罐安裝中的焊接變形控制探討

韓嘉文

（大慶油田工程建設(shè)有限公司化建公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

立式儲罐安裝施工過程中，焊接作業(yè)會導(dǎo)致局部不均勻壓縮塑性變形。焊接冷卻后又會產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，立式儲罐的使用安全和壽命與焊接質(zhì)量有著直接的關(guān)系。立式儲罐安裝焊接變形主要分為彎曲變形、收縮變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。立式儲罐不同位置焊接過程中會出現(xiàn)不同的焊接變形，底板焊接變形主要是波浪變形和收縮變形，角縫焊接變形主要是彎曲變形和角變形，浮頂搭接縫焊接變形主要是波浪變形和彎曲變形。

1 焊接應(yīng)力及變形分析

1.1 應(yīng)力的產(chǎn)生

立式儲罐安裝焊接過程中內(nèi)部會產(chǎn)生不均勻的溫度，受到熱縱向膨脹影響，焊縫因為平截面規(guī)律受相鄰較低溫度區(qū)剛性約束，剛才因為屈服極限造成焊接應(yīng)力，發(fā)生塑性變形。產(chǎn)生的焊接變形、焊接接頭疲勞開裂主要是因為焊接分布不均勻，應(yīng)力集中導(dǎo)致的，所以立式儲罐的安裝焊接過程中要控制焊接應(yīng)力，避免出現(xiàn)焊接變形[1]。

1.2 應(yīng)力分類及變形分析

焊接應(yīng)力分為橫向焊接應(yīng)力、縱向焊接應(yīng)力、厚度方向焊接應(yīng)力三種類型，縱向收縮焊縫中部在焊接時會產(chǎn)生橫向的拉應(yīng)力，焊接一定要按照一定的順序進(jìn)行。

2 焊前控制措施

（1）設(shè)計措施：采取科學(xué)合理的焊縫形狀和尺寸，盡量減小焊接尺寸和數(shù)量，科學(xué)合理的安排焊縫的位置，焊縫采取對稱排列；

（2）確定預(yù)制精度：避免安裝過程中，儲罐使用的預(yù)制板材誤差太大，誤差過大就會造成板材的強(qiáng)力組對，造成板材發(fā)生塑性變形，一定要按照相關(guān)的要求進(jìn)行板材的組對。

3 焊接控制措施

我們經(jīng)常使用剛性固定法和反變形法降低焊接變形。

焊接工藝：盡量使用二氧化碳保護(hù)焊、埋弧自動焊等能量比較集中的焊接方法。

安裝、焊接順序：立式儲罐的安裝、焊接順序和焊接變形有著極大的關(guān)系，因此需要采取科學(xué)合理的焊接順序。

3.1 罐底板焊接變形的控制

（1）罐底邊緣板焊接變形的控制

設(shè)計措施：罐底邊緣板焊縫間隙采取外小內(nèi)大的組對方式，外側(cè)間隙為8～10mm，內(nèi)側(cè)間隙為13到15mm。

反變形措施：焊接前可以在焊縫下方放置一塊10到20mm的方墊，用來抵消橫向收縮引起的彎曲變形。

鋼性固定法：為了防止焊接變形，在邊緣板外側(cè)加裝鋼性拘束；

（2）中幅板焊接變形的控制

中幅板因為厚度較小一般采取的是對接，焊接時產(chǎn)生的入熱比較大，造成焊接變形比較大，最大時能夠達(dá)到200到300mm。底板焊接時主要發(fā)生的變形為波浪變形和翹曲變形。首先采取科學(xué)合理的組裝順序，中幅板在焊接時一定要遵守相關(guān)的焊接流程，留有焊接余量，先焊接的焊縫組對間隙留縫，后焊接的焊縫要留出焊接余量，避免后焊接的焊縫過大，產(chǎn)生焊接變形。中幅板需要在組對時進(jìn)行點(diǎn)焊，底板和墊板在點(diǎn)焊時保持緊貼，間隙不能超過1mm，點(diǎn)焊一般采用間隔200mm焊接50mm的方式，點(diǎn)焊后的板和設(shè)計圖版要保持一致。然后采用鋼性固定法，在焊接通道板長焊縫時，需要采用鋼性固定法，在焊縫一側(cè)500mm位置點(diǎn)焊重型型鋼防止焊接變形。最后選擇科學(xué)合理的焊接順序和焊接工藝，焊接順序和焊接工藝直接影響儲罐底板安裝外觀成型的質(zhì)量，一般采取罐底自由收縮法焊接，避免焊接變形，根據(jù)實際焊接情況選擇合適的焊接工藝和焊接順序[2]。

中幅板的焊接一般按照先焊接中幅長板、再焊接邊緣小板，先焊接短焊縫、再焊接長焊縫的隔縫焊接法，最后在使用埋弧自動焊機(jī)焊接成型。焊接時可以選擇交替進(jìn)行，底板兩端的焊接收縮方向相反，收縮量可以互相彌補(bǔ)，避免變形量過大。龜甲縫最后進(jìn)行焊接，焊接龜甲縫時能夠產(chǎn)生橫向收縮，抵消中幅板產(chǎn)生的變形量。

3.2 罐壁板焊接變形的控制

（1）罐壁縱焊縫焊接變形的控制

罐壁的縱焊縫如果δ＜24mm時需要使用雙面坡口，如果δ≥24mm，可以采取單面坡口，一般選擇二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接，單面坡口單面焊接雙面成型。壁板弧度預(yù)制是控制縱焊縫變形的關(guān)鍵因素。

采用反變形法：焊接內(nèi)側(cè)坡口時，需要預(yù)先預(yù)留內(nèi)側(cè)凹2～3mm，焊接外口時需要預(yù)先留凸2到3毫米，抵消焊接變形。

采用鋼性固定法：龍門卡具和弧形板設(shè)置在縱縫外側(cè)，對口間隙通過龍門卡具進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時預(yù)防縱向收縮，角變形和縱向收縮通過弧形板進(jìn)行控制；

（2）罐壁橫焊縫焊接變形的控制

如果采取腳手架配合行走小車焊接施工，先焊接內(nèi)側(cè)，再焊接外側(cè)，壁板橫縫為雙面坡口?？刂谱冃蔚姆椒ㄓ校?/p>

設(shè)計措施：壁板橫縫截面一定要設(shè)計為最小尺寸的雙面坡口。

工藝措施：使用剛性固定法，設(shè)計背杠，有效控制壁板變形。

選擇科學(xué)合理的焊接順序和焊接工藝：采用多層多道焊接壁板橫縫，焊接時沿著同一方向焊接。采用砂輪機(jī)進(jìn)行背部清根處理，降低壁板的變形量。

3.3 大角縫焊接變形的控制

儲罐受力中大角縫是關(guān)鍵，內(nèi)外大角縫都需要用手工焊接，內(nèi)側(cè)焊接五遍，外側(cè)焊接四遍，最后在用埋弧自動焊焊接3到4遍。大角縫角變形會因為填充金屬越多變形量越大，用[18槽鋼作為焊接內(nèi)大角縫時的支撐，每1.5m一根，環(huán)形邊緣板要向上翹起[3]。

3.4 對浮頂單盤焊接變形的控制

浮頂單盤焊接變形主要為波浪變形，一般采取拘束收縮發(fā)降低波浪變形量。

單盤的鋼性固定：單盤和臺架在浮頂單盤鋪設(shè)完成后進(jìn)行點(diǎn)焊連接，通過加強(qiáng)角鋼之間的間斷焊和單盤板背面的間斷焊將單盤焊接成整個的一個整體。

焊縫的鋼性固定：將[18槽鋼沿著焊接一側(cè)焊縫長度方向進(jìn)行鋼性固定，防止焊接變形。

焊接順序：單盤板正面滿焊需要在全部焊接完成后進(jìn)行，從內(nèi)向外焊接，分成5到6個同心圓，焊接速度保持一致。

4 結(jié)束語

我們在對立式儲罐的安裝時降低組對誤差，板材的預(yù)制時控制好精度，選擇科學(xué)合理的焊接工藝和焊接順序，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，就能有效的控制立式儲罐暗轉(zhuǎn)焊接中的變形問題。