大型儲油罐罐底之焊接方法探索與實踐

汪興科

（東營市技師學院，山東 東營 257091）

在儲油罐的加工制造中，罐底是一個比較重要的部位，罐底的焊接成功與否決定了整個儲油罐加工制造的成敗。由于腹板多且面積很大，不同位置鋼板的尺寸等因素相差懸殊。需進行大面積的角焊縫焊接，如果工藝不當，焊接完成后會產生非常大的焊接應力和變形，較難控制。如果變形后再進行矯正處理，難度不大，嚴重時會使罐底結構板報廢，影響焊接工程的質量和進度。

1 應力分析

罐底焊接過程中，產生變形的主要原因是因為對于搭接焊縫的焊接，縱向、橫向的收縮加上角焊縫縱向的收縮，都會造成鋼板變形。所以，要從實際情況出發，制定合適的施工方法，使焊縫按預設要求進行收縮，防止產生焊接變形。在施工焊接之前，先要分析焊接應力的產生情況，確定好施工工藝，選取合適的裝配形式來滿足焊接需求。

薄板焊接時，通常采用搭接角焊縫施工，由于焊接時溫度較高，溫度高的一側會產生較大的壓縮塑性變形，溫度低的一側焊接變形則較小。冷卻過程中，沿板面出現不均勻的收縮就產生了角變形。角變形大小與鋼板的厚度有關；薄板工件焊接，由于熱量傳遞得快，且沿厚度方向分布較為均勻，壓縮塑性變形產生較小。如果在薄板搭接焊兩側外加剛性固定條件下施焊，焊后角變形會很小。此時焊縫應力很小，而橫向拉應力決定焊縫是否產生變形。焊接時，從鋼板的一端焊到另一端，對薄板進行加熱，由于中間溫度高，金屬將受到兩側溫度低的金屬反作用，從而產生壓應力。當中間部位金屬所受的壓應力超過屈服點值時，則該部位就會出現壓縮塑性變形，此時鋼板中同時存在著壓應力和拉應力，并處于平衡狀態，鋼板將伸長；焊縫冷卻時，由于中間部分金屬在加熱時產生壓縮塑性變型的原因進行收縮，長度要比原來的短。中間的應力與兩邊的應力是牽制影響的。故而在焊后冷卻時，中間部分將產生拉應力，兩邊金屬部分會產生壓應力，并達到相互的平衡，最終焊縫縱向產生收縮變形。

在平行+相反方向的兩外力作用下，搭接焊接時，對于施焊過程，是有先后順序的。先焊的一部分焊縫，要受到后焊部分焊縫對它的壓縮作用，因而降低了橫向拉應力的數值，而臨近焊縫區域內金屬因受熱產生的膨脹，受到相鄰固態金屬的剛性約束，產生壓縮塑性變形且和熱源移動，各點不斷的重復這一過程。冷卻后，產生橫向收縮變形。根據經驗得知：對于4-10mm厚的鋼板搭接連續角焊縫橫向收縮量為0.6-0.8mm/m。在無外力固定的情況下，因為搭接焊縫的施焊不是同時完成的，先焊的部分，由于受到后焊縫橫向收縮作用，限制了后焊完成焊縫的橫向收縮，因此，在焊縫的末端，受到了拉應力的作用。先焊焊縫則受到壓應力作用。由上述兩部分應力合成的結果，就產生了總的橫向應力。這種橫向應力的作用產生的變形，使得焊縫中間部分起拱或者凹下，這將對罐底板施工十分有害。

2 罐底板的裝配設計

罐底板的裝配設計排版，主要根據用料的幾何尺寸。應滿足施焊所需的要求。使幅板在焊接過程中，受熱面不集中就能迅速均勻將熱傳遞，還應滿足鋪設的方便、快捷和美觀。常見的裝配排版形式有：人字形排版法、丁字形排版法、條形排版法等。幾種排版方法相比較丁字排版法較好，其優點是：1）排版時便于錯縫，美觀大方，容易排列且外觀整齊。2）能滿足施焊條件，可以避免在施焊過程中的應力過于集中現象，并能使熱量迅速均勻的傳遞，克服了幅板焊后沿縱橫方向收縮引起底板發生凹拱等現象。效果較好。

3 罐底板的焊接工藝

3.1 焊接順序的確定

首先要分清哪些焊縫施焊后能影響到底板變形，從而合理的安排好焊接操作順序。焊縫容易產生的底板變形主要有：

帶壁板與弓形焊縫，會引起弓形板變形；幅板焊縫引起縱橫向方向的收縮。

弓形板與中幅板搭接角焊縫后會引起周向收縮；弓形板對接焊縫會引起周向收縮。

上述影響因素，相互牽連。因此，要將底板焊縫分段施工，使其都能均勻自由收縮。在具體焊接中，其措施如下：

先焊中幅板錯開的短焊縫，然后焊直通的長焊縫。焊接時，用小錘適當力度錘擊焊縫區，釋放應力。罐底與底圈壁板連接部位的焊縫焊接，為了減少焊縫變形，可以數對焊工對稱分布在罐區內與罐外，沿同一方向分段退焊。邊緣板的徑向連接焊接縫，可以由外到內分段退焊，由數名焊工對稱施焊。盡量選擇大規格的鋼板焊接。由于焊縫的縱向收縮量與焊縫成正比，采用大規格鋼板后，罐底板的焊縫長度大量減少，縱向收縮變形也相應地減少，同時減少工作量，降低材料消耗，節省人力和物力，提高效益。在幅板焊接完成前，留出二道主要的焊縫暫時不焊，為后續焊接留下充足的收縮余量。待罐底所有的焊縫焊接完畢后，再進行施焊。

3.2 焊接工藝的選取

在實際的焊接過程中，采用的焊接工藝參數見下表：

層 焊條型號 電源極性 焊條直徑/mm 焊接電流/A 焊接電壓/V第1層 E4315 直流+反接 3.2 115-125 20-24第2層 E4315 直流+反接 4.0 160-175 24-28

焊接電流的大小，對焊接質量有較大的影響。電流過大，則易產生咬邊，同時增加金屬飛濺。電流較小，電弧不穩定會造成未焊透和夾渣等缺陷，使生產率降低。

焊接速度大小，直接影響焊接生產率和焊接質量。應該在保證質量的前提下，易采用較大的焊條直徑和焊接電流，以達到最大的焊接速度。

坡口的選擇在保證焊透，盡量減少填充金屬，焊接變形及應力盡可能小的前提下進行選擇。

收弧時，每一層焊縫首尾必須重疊25-40mm，使焊條與平面的角度改為20度，引弧前用焊條將一根焊條收弧處來回劃數次，使焊渣劃開再引弧，這樣可以避免在焊接接頭產生氣孔和夾渣，保證焊接接頭處的焊接質量。

4 結束語

綜上所述，對大型儲油罐底板施工進行了詳細的總結和論述。闡述了罐底-鋼板焊接底板鋪設、焊接及變形矯正的方法、應力分析。對焊接工藝與方法進行了實踐與探索。以上方法在大型儲罐底板施工中得到廣泛應用，有效的防止了罐底變形，效果較好。為大型儲油罐焊接制造提供了一種可參考的操作方法。