大型油品储罐底板焊接变形控制

1、筑 龙网WW W.ZH UL ON G.CO M大型油品储罐底板焊接变形控制摘要:大型油品储罐底板焊接变形的控制,关系着整个油罐制作安装的成败。本文以工程实例阐述了罐底板排版设计、焊接工艺选择、焊接施工程序控制的优化配置,使罐底板焊接变形得到了有效控制,提高了罐底板施工质量,同时缩短工期、降低成本,获得了较好的经济效益。主题词:排版型式 焊接工艺 变形控制 0 概述目前大型油品储罐的罐底板基于罐整体使用寿命和安全可靠性考虑,均采用全对接(带垫板接头型式,这种焊接结构设计型式无疑增加了焊接施工的技术难度。我司在福建炼油厂新油库区204单元4台50000m 3成品油罐工程施工过程中,通过罐底板焊接

2、结构特点、焊接变形规律分析,焊接工艺评定试验和现场焊接模拟实验,根据到货材料规格,进行了罐底板排版设计,采用了罐底中幅板“偶纵列丁字型排版法”、 “垫板预留收缩缝”、“药芯焊丝CO 2半自动焊工艺”,形成了完善的焊接施工技术方案,并且在施工过程始终严格执行“焊接施工程序控制”,使油罐底板局部凹凸度平均值27.48mm,最大变形量为标准允许值2/100L 的65%,施工质量优良。受到中石化北京设计院和福炼厂工程质量监督站的高度评价和赞赏,该工程投产次年荣获“福建省优质工程奖”。1 罐底板排版设计 1.1 焊接结构特点分析 储罐罐底板由弧形边缘板、中幅板、垫板组成。每台油罐底板总重约195t,面积

3、2850m 2,接缝总长约2400m,包括垫板的对接、T 型接头,设计规范要求全焊透(带垫板的对接接头。这种结构要求对底板的相对自由澎胀、收缩很不利,势必加大底板与垫板之间的错位剪切应力,容易造成波浪变形和扭曲变形。罐底板主要设计参数(见表1.1表1.1 五万m 3成品油罐底板材质、规格及重量名称材质规格(mm 数量(块 重量(t中幅板 SS41 8000×1800×8200 165.58 垫板 Q 235AF 100×82400 m 6.77 边缘板 SPV 355 9500×1250×142023.001.2 罐底板排版型式选择通常罐底板的

4、排版型式有:条型、人字型、丁字型排版法。根据到货材料规格,我们经过分析对比,选择了“偶纵列丁字型排版法”(指面朝建北罐底纵向铺设的中幅板列数为偶数的丁字形排板型式。详细参见图1.2“底板排板图比较”。原设计“奇纵列丁字型排版图” 修改后“偶纵列丁字型排版图”图1.2 罐底板排版图比较1.横向排列中幅板2.纵向排列中幅板3.弓形边缘板4. 清扫孔底板筑龙网WW W.ZH UL ON G.CO M1.3 应用这种排板法有以下特点:2.25 :l,短缝约占接缝总长度的70%,按“先短缝后长缝”的施焊程序,中幅板大部分接缝都可以在处于相对自由膨胀收缩的状态下施焊,使中幅板整体变形趋向于最小。2 焊接工

5、艺选择2.1 焊接变形规律分析:由于焊接热过程的局部性,瞬时性和移动性,焊接应力引起的焊接变形是必然存在的。要控制焊接变形的大小,就必须找出它的主要影响因素,分析变形的方向,变形的量值和变形的规律,通过选择恰当的焊接工艺方法,进行必要的试验和比较,编制合适的焊接工艺规程,使焊接应力应变趋于最小。2.2 “药芯焊丝CO 2半自动焊接工艺”最近在生产上得到广泛运用,是因为它的焊接坡口角度少,焊缝截面积小,既可以节省焊材又可以提高焊接速度,同时焊接变形相比较埋弧焊和手工电弧焊都要小。是一种高效率的焊接新技术。2.3 通过可行性分析和焊接工艺试验综合论证:罐底板焊接采用“药芯焊丝CO 2半自动焊接工艺

6、”,同时兼有手工电弧焊的灵活性和埋弧自动焊的高效性,同时避免了埋弧自动焊线能量大焊接变形大,手工电弧焊焊缝成形系数大效率低变形大的缺点。2.4采用“药芯焊丝CO 2半自动焊接工艺”,罐底中幅板板厚仅8mm 不必开坡口(I 型坡口直接窄间隙组对施焊,可以减少中幅板的预制工序,节省时间,降低成本。同时,又有利于企业施工资源的优化配置,提高企业的综合经济效益。3 焊接施工程序控制3.1 罐底板在施工过程必须始终严格执行的施焊总程序为:先横后纵,由中心向四周;先焊短焊缝,后焊长焊缝;焊工均匀分布,对称同时同步,分段跳焊退焊。3.2 罐底板垫板自身的接头可采用对接双面焊,焊后表面应磨平,确保与底板接触间

7、隙<1mm。铺设时所有横向垫板T 型接头处都应“预留收缩缝”,纵向垫板每隔816m 也应“预留收缩缝”,预留收缩量应与中幅板预算收缩量保持一致。3.3 罐底中幅板短焊缝点焊和正式施焊时,应在每条接缝端头两侧、各单元接缝两边焊上临时限位板(250×4mm 扁钢,以控制各单元短缝之间、短缝与长缝之间的组对间隙和平整度。详见下图3.3 图3.3 中幅板短缝组对间隙限位卡具及各单元焊接顺序示意图。筑 3.4 中幅板短焊缝由两名焊工从中间向两边同时同步对称施焊,根层应采用分段跳焊退焊法,面层应采用分段退焊法,层间接头至少错开5cm。所有横焊缝与长焊缝T 型对接的丁字缝,都必须预留200m

8、m 的“预留收缩缝”,等列板之间纵向长缝焊完后施焊。具体焊接顺序见图3.4。图3.5 中幅板长缝焊接顺序示意图3.6 所有中幅板与弓形边缘板T 型对接的丁字缝,都必须预留400450mm 的“收缩缝”,待罐壁板与罐底板大角缝焊接完毕再进行最后施焊。3.7 罐底弓形边缘板应先焊靠外边缘300mm 部位的对接缝,焊后必须按设计要求进行100NDT 探伤合格后,方可调整组对底圈壁板。焊接方向应由内向外,采用焊工均匀分布、隔缝对称施焊法。其垫板应伸出外侧20mm 作引(熄弧板,焊接完成后再割除。 3.8 弓形边缘板罐内侧剩余部分应在罐底板大角缝焊接完毕,弓形边缘板与中幅板之间的对接缝(即龟甲缝焊接前采

9、用焊工均匀分布、由内向外、同时同步同方向对称施焊。3.8 罐底板与底圈罐壁板大角缝应平均分成n 段,由n 名焊工/自动焊机同时同步同向对称施焊,先焊内侧根层焊道,再焊完外侧角缝,最后焊接内侧其余各层焊道。焊前应采用刚性支撑固定罐壁板与弓形边缘板,直到弓形边缘板与中幅板之间的对接缝焊完后拆除。筑龙网WW W.ZH UL ON G .CO M3.9 最后焊弓形边缘板与中幅板之间的对接缝(即龟甲缝时,宜采用焊工沿圆周均匀分布,隔缝对称同时同步同方向施焊,其根层应采用分段跳焊退焊法,面层应采用分段退焊法。4.主要焊接工艺参数表4.1 罐底中幅板主要焊接工艺参数层 次焊接方法 层 道 焊材牌号焊丝直径m

10、m 电源 极性 焊接电流A 电弧电压 V 气体流量CO 2 l/min CO 2W 1 1 AWSE71T-1 1.6 DC- 250270 2628 2025 CO 2W 2 1 AWS E71T-1 1.6 DC- 240260 2426 2025 SMAW 1 1 J427 2.5 DC+70801820/ SMAW22J4273.2DC+ 1001202022/5.结论5.1焊接应力引起的焊接变形是不可避免的,只能控制它的大小。要控制焊接变形的大小,就必须找出它的主要影响因素,分析变形的方向,变形的量值和变形的规律,通过经验公式计算,选择恰当的焊接方法,进行必要的试验和比较,编制合适的

11、焊接工艺规程,使焊接应力应变趋向于可以接受的程度。5.2大型储罐底板中幅板“偶纵列丁字型排版法” 有利于中幅板贴紧“圆锥形”基础面,整个底板焊接接缝布置合理,焊接应力分布较为均匀,底板变形相对较小。5.3采用“垫板预留收缩缝”,罐底板铺设时所有横向、纵向垫板T 型接头处,以及纵向长垫板都“预留收缩缝”,整个底板大部分接缝在施焊过程中都可以处于相对自由膨胀收缩状态,使罐底板整体焊接变形趋向于最小。5.4罐底板焊接采用“药芯焊丝窄间隙 CO 2半自动焊工艺”,罐底中幅板板厚仅8mm 不必开坡口直接窄间隙组对施焊,可以减少中幅板的预制加工工序,节省时间,降低成本。同时兼有手工电弧焊的灵活性和埋弧自动焊的高效性,避免了埋弧自动焊线能量大焊缝成形系数大焊接变形大,手工电弧焊效率低变形大的缺点。5.5 通过福建炼油厂新油库区四台50000m 3成品油罐工程实践证明,我司选择的 “偶纵列丁字型排版法”、“垫板预留收缩缝”