馬杰(北京市燕山石化儲(chǔ)運(yùn)廠，北京 102500)

淺談常壓儲(chǔ)罐罐底板焊接變形控制

馬杰(北京市燕山石化儲(chǔ)運(yùn)廠，北京 102500)

常壓儲(chǔ)罐罐底板焊接過程中產(chǎn)生焊接變形的主要原因在于焊接區(qū)域的應(yīng)力作用和局部收縮,鋼結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度、安裝要求、尺寸精度等都會(huì)受到焊接變形的影響。本文首先對(duì)焊接變形的機(jī)理和影響因素進(jìn)行了分析,并針對(duì)常壓儲(chǔ)罐罐底板焊接變形提出了具體的控制方法,并對(duì)如何減少焊接應(yīng)力提供了幾項(xiàng)具體措施。

常壓儲(chǔ)罐；焊接變形；控制工藝；焊接應(yīng)力

1 焊接變形機(jī)理及影響因素

焊件各部分是相互制約又相互連接的關(guān)系，在焊接過程中如果構(gòu)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(chǎn)生不同程度的熱脹冷縮的現(xiàn)象，使得焊件本身產(chǎn)生應(yīng)力不均勻，不能自由的縮短和伸長(zhǎng)[1-2]。

以下就造成焊接變形的主要原因進(jìn)行介紹。

1.1 焊縫分布的影響

在焊接設(shè)計(jì)時(shí)忽略了焊縫均勻分布的問題[3]，就容易造成焊縫密集區(qū)和焊縫稀疏區(qū)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(huì)加大焊接變形，使應(yīng)力過多的疊加在一起。

1.3 結(jié)構(gòu)剛度的影響

通常情況下，結(jié)構(gòu)剛度小的構(gòu)件，焊后變形大，相反，結(jié)構(gòu)剛度大的構(gòu)件，焊后變形小。

1.4 焊接順序的影響

不正確的焊接順序會(huì)在焊后產(chǎn)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(yán)重。

1.6 焊接工藝的影響

在焊接過程中，不同的焊接工藝規(guī)范在相同焊件上也會(huì)產(chǎn)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(dòng)，焊后變形就小。

2 燕山石化常壓儲(chǔ)罐G20＃罐罐底板更換焊接實(shí)例

北京燕山分公司儲(chǔ)運(yùn)廠油品車間輕油罐區(qū)儲(chǔ)罐G20＃為內(nèi)浮盤罐儲(chǔ)，該罐容積為2000立方米，規(guī)格為15862*10960，設(shè)計(jì)溫度常溫，設(shè)計(jì)壓力常壓，介質(zhì)輕質(zhì)油。經(jīng)儲(chǔ)罐置換排空后進(jìn)入內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐罐底板減薄，且罐底板表面有多處點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象，為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有罐底板及第一圈局部壁板進(jìn)行拆除和更換施工。

按照相關(guān)規(guī)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(zhì)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(shè)計(jì)要求高、焊接順序要求苛刻及焊接工藝參數(shù)要求高等難題。

2.1 罐底基礎(chǔ)平整度

罐底板在鋪設(shè)之前應(yīng)檢查罐底瀝青砂的平整度，瀝青砂墊層表面應(yīng)平整密實(shí)，無突出的隆起、凹陷及貫穿裂紋?；A(chǔ)局部缺陷處用石英砂填平、夯實(shí)，且在施工過程中調(diào)整墊板時(shí)嚴(yán)禁用撬杠直接支在基礎(chǔ)上。

2.2 合理的安排組裝順序

罐底的排板直徑，宜按照設(shè)計(jì)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(shè)按照先鋪設(shè)中心板再鋪設(shè)邊緣板的順序鋪設(shè)，邊緣板位置調(diào)整完畢后，應(yīng)用龍門卡局定位并電焊固定。因焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫中的熱輸入，需嚴(yán)格控制選用合理組對(duì)間隙，同時(shí)考慮到添加焊絲組對(duì)間隙不宜過小，應(yīng)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(duì)稱，避免焊接過程儲(chǔ)罐底部異常變形，保證整個(gè)罐底邊緣均勻承受罐體載荷，滿足儲(chǔ)罐穩(wěn)定性要求。

2.3 焊接應(yīng)力控制

2.3.1 焊縫尺寸的選擇

焊接區(qū)域熱脹冷縮形成焊縫應(yīng)力，熱輸入與焊接區(qū)域成正比，因此焊接區(qū)域越小，焊后變形就會(huì)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(jìn)行拼接焊縫時(shí)，先翻轉(zhuǎn)背面，對(duì)坡口較深一側(cè)的1/3進(jìn)行焊接，再翻轉(zhuǎn)焊接剩余的部分。這種方法只需翻轉(zhuǎn)兩次，生產(chǎn)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(shù)

為提高焊縫金屬的抗裂性能、韌性和塑性，有效降低應(yīng)力集中和焊縫中淬硬組織的刑場(chǎng)，就要選擇適當(dāng)?shù)暮覆摹Ｒ话闱闆r下，要使焊縫金屬的含碳量低于母材，為達(dá)到與母材的同等強(qiáng)度，會(huì)對(duì)焊縫中的錳、硅含量進(jìn)行提高。

另外，嚴(yán)格控制焊接線能量。焊接變形和焊接參數(shù)中的焊接線能量之間是正比例關(guān)系，焊接線能量越大，在進(jìn)行焊接時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)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(gè)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(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制焊接電流，CO2氣體保護(hù)焊時(shí)焊接電流應(yīng)控制在300A以內(nèi)，埋弧自動(dòng)焊時(shí)焊接電流不應(yīng)大于600A。

2.3.3 合理的焊接工藝

在拼接多塊鋼板時(shí)，要先對(duì)橫焊縫進(jìn)行焊接，再對(duì)縱焊縫進(jìn)行焊接，避免單道長(zhǎng)焊縫單方向連續(xù)長(zhǎng)距離施焊，初層焊道應(yīng)采用分段退焊或跳焊法。目前G20＃罐施工底板的長(zhǎng)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(cè)，由短焊縫到長(zhǎng)焊縫的組裝順序進(jìn)行焊接施工。中幅板焊縫組對(duì)點(diǎn)焊時(shí)應(yīng)隔縫點(diǎn)焊，焊接時(shí)以兩塊為一個(gè)單元，從罐底中心向兩側(cè)隔一道焊縫焊一道；最后，以同樣方法將每四塊中幅板進(jìn)行組裝、焊接。

在進(jìn)行分段焊接時(shí)要注意避免兩端焊材的接頭對(duì)齊，保證兩個(gè)焊材的接頭處相互交錯(cuò)覆蓋住對(duì)方的接頭。另外用分段焊接代替連續(xù)焊接時(shí)，還要避免焊接變形，當(dāng)溫度過高時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行敲擊并且停下來等溫度降低。在進(jìn)行三面焊接時(shí)，可以先從中間焊起，再向兩側(cè)蔓延，適當(dāng)?shù)母淖兒附臃较蛞灿欣跍p少焊后變形。

對(duì)稱焊接施工主要應(yīng)用于對(duì)稱構(gòu)件、焊縫分布均勻、截面形狀對(duì)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(shù)對(duì)焊工從罐內(nèi)、外沿同一方向進(jìn)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(gòu)件制作加工過程中殘余應(yīng)力與變形的理論分析與實(shí)踐[D].河北工業(yè)大學(xué)2013.

[2]張利國(guó),姬書得,方洪淵,等.分段焊的焊接順序?qū)形接頭殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響[J].焊接學(xué)報(bào).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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2012(03).