储罐底板焊接变形控制方法.doc

储罐底板焊接变形控制方法大庆油田工程建设公司油建二公司第一工程部 庞宇摘要：储罐是石油化工重要设备，而储罐底板在焊接时易发生变形。本文提出了合理的焊接顺序和防变形措施，使三元中105转油脱水站3000m污水沉降罐焊接变形得到了控制，提高了施工质量。关键词：储罐底板；焊接变形；控制方法0 前言储罐是石油化工中不可或缺的设备，罐底板是整个储罐受力最大的部位，而罐底的焊接变形会降低储罐的承载能力及稳定性，所以罐底板的焊接质量在很大程度上决定了储罐的使用寿命及在用状态。罐底由多块中幅板和边缘板焊接而成，焊缝数量多，焊接应力大，容易产生焊接变形。因此分析焊接变形的原因及各种影响因素，掌握其变化规律并采取有效的控制底板变形的措施，确保罐底安装质量，是储罐施工的重要环节。本文以大庆油田第一采油厂三元中105转油脱水站内的3103m3沉降罐为例，通过采用合理的焊接顺序、焊接工艺参数及行之有效的防变形措施，使罐底板的焊接质量得到了有效控制。1 罐底板焊接变形原因分析 焊接变形的产生，从根本上说是因为焊接热过程中温度在构件上分布极不均匀，造成高温区域（焊缝处及焊缝的焊接侧）冷却后产生的收缩量大，低温区域收缩量小，这种不平衡的收缩导致了钢板形状的改变。对于三层搭接焊接来说，其最终的变形与焊接的位置及焊接本身的收缩量有关，此外焊接过程中还会产生呈一定规律分布的内应力，其存在也会影响到钢板的变形。由此可见，为了控制焊接变形，一方面要增加焊接时的刚度或外界对构件的约束，另一方面更要设法降低焊接温度的不均匀程度，以减小变形的内力。2 控制变形措施2.1焊接顺序储罐底板由弓形边缘板和中幅板组成，边缘板为弓形结构，中幅板为多块板拼成的多边形平板结构，边缘板和中幅板之间通过龟甲缝焊接在一起，构成整个底板，而底板与壁板是通过大角缝焊接的。图1 底板焊接顺序示意图罐底板焊缝排布方式来看，搭接焊缝包括短缝和通长缝，如果先焊通长缝，焊后刚度会阻碍短缝焊接收缩而引起内应力。因而先将短焊缝焊完，再焊接中幅板之间的直通缝。而大角焊缝为双面角焊缝，焊脚尺寸较大，如果先焊龟甲缝，就会使整个中幅板内部区域受周向压力，很容易使罐底中幅板产生失稳变形，产生很大的拱起变形，严重影响油罐的施工质量，所以在完成大角缝焊接后，方可进行龟甲缝的焊接。使用这种顺序进行焊接，可以使罐底中辐板的焊接完全在自由状态下进行，不受其他中幅板焊缝的拘束，焊接过程中产生的拉应力和压应力很小，产生的焊接变形必然小。 经过以上分析储罐底板应始终遵循以下的焊接原则：先焊短焊缝，然后焊接通长焊缝，边缘板外侧300mm对接缝，待罐底大角焊缝焊接完毕再进行收缩缝的焊接。中幅板短缝 中幅板通长缝 边缘板外侧300mm对接缝 大角缝 边缘板剩余焊缝 龟甲缝2.2焊接工艺2.2.1焊接工艺参数罐底焊接参数根据工程建设公司的焊接工艺评定内容进行施焊：如表1表1底板中幅板焊接工艺参数焊缝层次焊接方法填充金属焊接电流焊接电压范围（V）焊接速度cm/min牌号直径极性电流A1手弧焊J4223.2正接8595182458 2手弧焊J4224.0正接115130253012163手弧焊J4224.0正接110120202510142.2.2 焊接方法（1）对焊道焊接采用分段焊接的方法，会起到减小焊接收缩的作用。分段焊接时，焊缝有多个起点和终点，可以减少一次焊接的长度，焊缝总长范围内应力降低，发生塑性变形的区域减小，焊接收缩量变小，最终达到控制焊接变形的目的。（2）中幅板的坡口角度、坡口间隙的大小对焊后罐底板变形的影响很大。在中幅板的坡口角度大小的打磨时，一方面便于施焊，又能保证焊透工件的前提下，尽可能的减少坡口角度。因为中幅板的坡口角越小，焊缝成型需要填充的金属就越少，焊接时需要的焊接热输入、焊接线能量就小，也就意味着相同焊缝长度下，其产生的焊后变形就小。根据施工经验，5055的坡口角度比较适合；底板中辐板的坡口间隙，在便于焊接条件下，适当的增大将有利于减少焊后变形。因为焊接时，在焊接热作用下，中辐板发生膨胀。发生膨胀的中幅板金属之间接触后，容易出现金属相互挤压而产生的变形。底板坡口间隙适当增大，在焊接过程中，底板中幅板之间就不会因为在焊接热输入下的金属膨胀而出现相互挤压，由于中幅板之间相互挤压而产生的变形就不会出现。2.3刚性固定法施工中进行探索和创新，边缘板敷设后采用自制的卡具进行固定如 图 2，采用刚性固定法防止焊接变形。槽钢楔子龙门板门型块图 2边缘板焊接防变形卡具示意图卡具2.4反变形措施边缘板焊接时，先焊接边缘板对接焊缝外端300-400mm长度，焊接前在焊道底部用合适高度楔铁的垫起，焊接完成后，撤掉楔铁，使反变形角度控制在5-8的范围内，这是为了补偿焊缝的角向收缩，作为焊接角变形的反变形措施，预防此处焊接后的起拱变形。如图3边缘板外侧300mm对接缝楔铁图 3边缘板外300mm反变形2.5敲击法在中幅板焊接之前，先用气焊将上层钢板烤软，用铁锤与下层底板锤严在用J507焊条进行固定焊，而在中幅板的焊缝焊接过程中，一边进行焊接，一边趁热使用扁长圆头铁锤，锤击焊道两侧。趁热使用铁锤锤击焊道，一方面对热影响区金属受力，产生压缩塑性变形，释放部分焊接应力。另一方面，通过铁锤的锤击力，让焊缝金属产生反方向机械变形，用变形抵消变形。3 结束语通过实施以上控制焊接变形措施，实测得底板的局部凹凸度均小于50mm，完全满足了规范要求，达到了预期的