儲(chǔ)罐焊接變形控制方法研究

中國(guó)化學(xué)工程第三建設(shè)有限公司 安徽淮南 232000

摘要：儲(chǔ)罐是石化、消防等行業(yè)必不可少的裝備。其中，焊接是儲(chǔ)罐建造的主要工序，對(duì)儲(chǔ)罐的性能質(zhì)量具有決定性意義。本文對(duì)儲(chǔ)罐焊接變形控制方法進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐；焊接；變形；控制措施

一、拱頂儲(chǔ)罐特征

拱頂儲(chǔ)罐其罐頂為球冠狀、罐體為圓柱形，并且采用不銹鋼制成的容器，該類(lèi)型儲(chǔ)罐制造簡(jiǎn)單且造價(jià)低廉。具體分析，拱頂儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)與特征如下：

罐底：罐底由鋼板采用拼裝工藝制造，罐底中部的鋼板為中幅板，周邊的鋼板為邊緣板。邊緣板可采用條形板，也可采用弓形板。

罐壁：罐壁采用搭接并縱向焊縫對(duì)接而成，其特點(diǎn)是

罐壁整體自上而下直徑相同。

罐頂：罐頂有多塊扇形板組對(duì)焊接而成球冠狀，罐頂內(nèi)側(cè)采用扁鋼制成加強(qiáng)筋，各個(gè)扇形板之間采用搭接焊縫，整個(gè)罐頂與罐壁板上部的角鋼圈（或稱(chēng)鎖口）焊接成一體。

二、儲(chǔ)罐焊接過(guò)程工藝

1、罐底板的焊接

（1）罐底中幅板為搭接焊縫，采用焊條電弧焊施焊。先焊短焊縫，后焊長(zhǎng)焊縫。焊接長(zhǎng)焊縫時(shí)，由中心開(kāi)始向兩側(cè)分段退焊。（2）邊緣板焊接，采用焊條電弧焊施焊。先焊外邊緣300mm部位的焊縫，外端加引弧板，由罐內(nèi)向外施焊，采用隔縫對(duì)稱(chēng)施焊法，焊工對(duì)稱(chēng)均布。（3）焊接順序?yàn)椋哼吘壈逋?00mm焊接（在第一圈壁板安裝之前焊完）→罐底中幅板焊接→邊緣板焊接（待大角縫焊接完）→龜甲縫（指罐底邊緣板與中幅板之間焊縫）焊接。

2、壁板對(duì)接焊縫的焊接

先焊縱焊縫，后焊環(huán)焊縫。當(dāng)焊完相鄰兩圈壁板的縱焊縫后，再焊其間的環(huán)焊縫；先焊外側(cè)焊縫，后焊內(nèi)側(cè)焊縫，在焊接內(nèi)側(cè)前，應(yīng)清焊根（使用碳弧氣刨清根并用砂輪打磨）。

壁板縱縫焊接：采用焊條電弧焊或氣體保護(hù)焊工藝，分段退焊。壁板縱縫下端留出50～100mm，在環(huán)縫組對(duì)后焊接。

壁板環(huán)縫焊接：主要采用焊條電弧焊，多層多道焊。對(duì)于板厚10mm以上的環(huán)縫，也可采用埋弧自動(dòng)橫焊工藝，由多臺(tái)焊機(jī)沿罐壁圓周對(duì)稱(chēng)均布，同方向施焊。自動(dòng)焊前，內(nèi)側(cè)用焊條電弧焊進(jìn)行封底焊接。

3、大角縫焊接

大角縫（指底圈罐壁與罐底邊緣板之間角焊縫）應(yīng)在壁板焊縫全部焊接完、龜甲縫焊接前進(jìn)行焊接。先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫。

焊條電弧焊施焊時(shí)，采用分段退焊法，焊工對(duì)稱(chēng)均布，沿同一方向施焊；當(dāng)采用自動(dòng)焊時(shí)，多臺(tái)焊機(jī)應(yīng)沿罐圓周均布，同一方向施焊。

三、儲(chǔ)罐焊接變形成因分析

1、焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置對(duì)變形的影響

從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，要避免出現(xiàn)焊縫的不對(duì)稱(chēng)，否則容易造成焊接部分變形。

2、結(jié)構(gòu)的剛性對(duì)焊接的影響

受到同樣大小的力，剛性大的結(jié)構(gòu)變形小，剛性小的結(jié)構(gòu)變形大。對(duì)于剛性小的焊接結(jié)構(gòu)，可通過(guò)采用胎夾具或其他臨時(shí)支撐等方法，增加結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的剛性就能達(dá)到減小焊接變形的目的。

3、裝配和焊接順序?qū)Y(jié)構(gòu)變形的影響

采用先裝配成整體，然后再焊接的順序來(lái)進(jìn)行。對(duì)大型油罐底板一般采取先焊橫向焊縫，再焊縱向焊縫的焊接順序來(lái)減小變形。

4、其他因素的影響變形

焊接電流、焊接速度和焊接方向?qū)Y(jié)構(gòu)都有一定影響。對(duì)大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，變形隨著焊接電流的增加而增加，而隨焊接速度的增加而減小。不同方向的焊接會(huì)引起不同的變形情況和內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。

四、儲(chǔ)罐焊接變形預(yù)防措施

1、設(shè)計(jì)階段焊接

合理地選擇焊接的尺寸和形式 焊接尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變形的大小。焊縫尺寸大，不但焊接量大，而且焊接變形也大，因此，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。對(duì)于受力較大的丁字接頭和十字接頭，在保證相同的強(qiáng)度條件下，采用開(kāi)坡口的焊縫可以比一般角焊縫減少焊縫金屬，對(duì)減小變形有利。

盡可能減少不必要的焊縫 在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，合理地選擇筋板的形狀，適當(dāng)?shù)匕才沤畎宓奈恢茫η蠛缚p數(shù)量少，避免不必要的焊縫，從而減小焊接變形。

合理地安排焊縫位置 在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，安排焊縫盡可能對(duì)稱(chēng)于截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸，這對(duì)于減少梁、柱等類(lèi)型結(jié)構(gòu)的撓曲變形有良好的效果。

2、合理的安排組裝順序

罐底中幅板焊接施工應(yīng)先焊短焊縫，后分片施焊較長(zhǎng)焊縫，最后施焊分片間的搭接焊縫；對(duì)于邊緣板的對(duì)接焊縫焊接，先只焊靠外側(cè)的焊縫300 m m的部位，且在組裝罐壁之前焊接；最后進(jìn)行中幅板與邊緣板搭接縫的焊接。

3、采用分段退焊法和跳焊法

采用分段退焊法同向施焊，鋼材較厚、焊縫較長(zhǎng)時(shí)設(shè)擋弧板，并可多人同時(shí)焊接，該焊法可減小熱影響區(qū)，避免變形。同樣，對(duì)于6～12mm厚鋼板的長(zhǎng)焊縫和鑄鐵、不銹鋼、銅的焊接，可以采用跳焊法分散焊縫熱量，避免或減小變形。

4、嚴(yán)格控制焊接線能量

焊接線能量主要影響焊縫的沖擊韌性，因此焊接過(guò)程中要嚴(yán)格控制線能量，線能量不能過(guò)大，否則會(huì)降低焊縫的沖擊韌性。決定焊接線能量的主要參數(shù)為焊接電流和電弧電壓，因此宜采用小電流，比如CO2氣體保護(hù)焊時(shí)焊接電流應(yīng)小于300A，埋弧自動(dòng)焊時(shí)焊接電流應(yīng)小于600A。

5、合理選用組對(duì)間隙

設(shè)置合理的組對(duì)間隙能夠調(diào)節(jié)焊縫中的熱量輸入，設(shè)置方法可采用添加碎焊絲。

6、采取剛性固定措施

焊接時(shí)將焊件加以剛性固定，焊后待焊件冷卻到室溫后再去掉剛性固定，可有效防止角變形和波浪變形。

7、機(jī)械矯正方法

盡管采取一些措施，但焊接變形仍不可避免，因此需要采取矯正措施進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)械矯正是將焊接變形的材料在尺寸較短的部分通過(guò)機(jī)械的力量作用，使其產(chǎn)生簡(jiǎn)單的變形，從而達(dá)到還原焊接時(shí)候的狀態(tài)。

8、反變形

在焊接進(jìn)行裝配時(shí)，預(yù)先將工件向焊接變形相反的方向進(jìn)行人為的變形。

五、儲(chǔ)罐焊接變形控制

1、增設(shè)龍門(mén)鋼板

在儲(chǔ)罐焊接過(guò)程中，容易產(chǎn)生角變形，增設(shè)龍門(mén)板可以有效防止角變形的產(chǎn)生。尤其罐壁板縱縫、環(huán)縫在焊接前均應(yīng)增設(shè)適當(dāng)?shù)凝堥T(mén)板；龍門(mén)板間距：縱縫一般在500mm左右，環(huán)縫一般在1000mm左右為宜。

2、接檢驗(yàn)措施

焊縫應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，檢查前應(yīng)將溶渣，飛濺清理干凈。焊縫表面質(zhì)量應(yīng)符合下列規(guī)定：焊縫的表面及熱影響區(qū)，不得有裂紋、氣孔、夾渣個(gè)弧坑等缺陷。對(duì)接焊縫的咬邊深度，縱向不大于0.4mm；環(huán)向不大于0.8mm，咬邊連續(xù)長(zhǎng)度不得大于100mm；焊縫兩側(cè)咬邊的總長(zhǎng)度，不得超過(guò)焊縫長(zhǎng)度的10%。罐壁縱向?qū)雍缚p不得有低于母材表面的凹陷，罐壁環(huán)向?qū)雍缚p和罐底對(duì)接焊縫低于母材表面的凹陷深度不得大于0.5mm。凹陷的連續(xù)長(zhǎng)度不得大于10mm，凹陷的總長(zhǎng)度，不得大于該焊縫總長(zhǎng)度的10%。焊縫寬度：應(yīng)為坡口寬度兩側(cè)各增加1～2mm。

3、焊接注意事項(xiàng)

定位焊及工卡具的焊接應(yīng)由合格焊工擔(dān)任，焊接工藝應(yīng)與正式焊接相同，引弧與熄弧都應(yīng)在坡口內(nèi)或焊道上。焊接前應(yīng)檢查組裝質(zhì)量，清除坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的鐵銹、水分、油污等。焊接中應(yīng)保證焊接質(zhì)量；定位焊焊縫長(zhǎng)度不小于50mm，多層焊接頭要錯(cuò)開(kāi)，弧坑要填滿。采用碳弧氣刨清根時(shí)，應(yīng)修磨刨槽，磨除滲碳層。

在制造拱頂儲(chǔ)罐的過(guò)程中，采用上述焊接變形控制措施，能夠有效的防止損壞性變形問(wèn)題的發(fā)生，實(shí)際的焊接變形指標(biāo)能夠控制在縱向小于0.2mm，環(huán)向小于0.6mm，咬邊連續(xù)長(zhǎng)度小于73mm，焊縫兩側(cè)咬邊的總長(zhǎng)度小于焊縫長(zhǎng)度的7.5%，實(shí)現(xiàn)了控制拱頂儲(chǔ)罐焊接質(zhì)量的目的。

結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)罐焊接變形常常成為影響儲(chǔ)罐性能的主要因素。為了解決這一問(wèn)題，研究了儲(chǔ)罐焊接變形的控制方法。給出了儲(chǔ)罐焊接過(guò)程工藝要求，并分析了儲(chǔ)罐焊接變形主要成因，在此基礎(chǔ)上提出了儲(chǔ)罐焊接變形預(yù)防措施以及焊接變形控制方法。

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