3000m_3立式拱顶储罐制造安装过程中常见变形的控制

1、上半月出版CastingForgingWelding 金属铸锻焊技术3000 m3 立式拱顶储罐制造安装过程中常见变形的控制Deformation Control of 3000 m3 Storage Tank in the Process of Production and Installation杨希霞 1， 孙丹丹 2（1. 中石化镇海炼化检安公司生技科，浙江 宁波 315207； 2.南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188）摘 要 ：总结了 3000 m3 立式拱顶储罐制造安装过程中控制变形的经验 ，其中焊接工艺从焊缝坡口 、焊接形式、焊条和焊接参数的选择以及焊接操作等几个方面

2、来说明制造过程中对变形的控制；铆工工艺从罐底、罐顶、罐壁三个部位来说明安装过程中对变形的控制。关键词： 储罐； 变形； 工艺； 控制中图分类号：TG457.5文献标识码：B储罐的变形控制是保证储罐外观质量的关键环节，通过采用合理的焊接参数、铆工工艺及其他方面行之有效的防变形措施，可以有效的避免应力集中造成的变形，提高施工质量。 文章以 3000 m3 立式拱顶储罐为例总结了控制变形的经验。1 焊接工艺对变形的控制1.1壁板焊缝坡口及焊接形式对于板厚小于 8 mm 壁板间的焊缝， 其坡口形式采用环缝开坡口不留钝边且预留三处 50 mm 的部位不开坡口的办法，这样可保证环缝间隙，焊接时单面焊透性好

3、，反面清根较浅且相对均匀，可减小环缝局部变形，防止较大面积内凹的发生；其余壁板间焊缝刚性相对较好， 采用单边预留钝边的坡口形式。 并且通过多层施焊的方法 （板厚 10 mm 的采用 4 层， 板厚10 mm 的采用 3 层），可减小焊接线能量，避免热量集中，从而达到减小焊接变形和焊接应力的效果。 焊接形式如图 1。1.2壁板焊缝焊接（1） 焊条选择 由于油罐是现场安装焊接，条件差，故选择工艺性能较好的酸性焊条，焊接时飞溅小，焊缝成形较好。 对于板厚10 mm 的对接焊缝，为减小焊接变形，选用 准3.2 mm 焊条；板厚10 mm 的对接焊缝，考虑到工作效率和焊接变形，打底焊用准3.2 mm 焊

4、条，填充及盖面焊用 准4.0 mm 焊条。收稿日期：2008-10-30作者简介：杨希霞（1973-），女，江苏涟水人 ，工程师 ，学士 ，主要从事焊接工艺的研究，电话E-mail：文章编号：1001-3814(2009)05-0145-0360602310(8.6)121250.110.153内侧内侧242纵向焊缝焊接形式8(6)1010(8.6)01内侧01内侧内侧402201502321102524013410(8)123不等厚环向焊缝焊接形式等厚环向焊缝焊接形式图 1 焊接形式（2）焊接参数选择 为减小焊接变形，选择焊接参数时

5、应在保证焊接质量的前提下尽量减小焊接线能量， 采用较小电流， 但为了防止出现未焊透、未熔合等缺陷，焊接电流也不能过小。 所以焊接时运用适当电流配合同时提高焊接速度的方法来减小焊接线能量。 焊接电压的选择主要以焊缝成形为准，只要焊缝成形良好即可。各种不同板厚的焊接参数见表 1 和表 2。表 1 板厚10 mm 圈板焊缝焊接参数焊接 焊接 焊材牌号 电源 焊接 焊接 焊接速度层次 方法 规格 / mm 极性 电流 / A 电压 / V /（mmmin-1）1 SMAW E4303 准3.2 DC RP. 90100 2426 7085 2 SMAW E4303 准3.2 DC RP. 110120

6、 2628 90100表 2 板厚10 mm 圈板焊缝焊接参数焊接 焊接 焊材牌号 电源 焊接 焊接 焊接速度层次 方法 规格 / mm 极性 电流 / A 电压 / V /（mmmin-1）1 SMAW E4303 准3.2 DC RP. 90100 2426 70852SMAW E4303 准3.2 DC RP. 130140 2628100110热加工工艺 2009 年第 38 卷第 5 期145金属铸锻焊技术CastingForgingWelding2009 年 3 月（3）壁板的焊接 由于壁板的环缝、纵缝的焊接分别是横位、 立位， 焊接过程中的操作难度较大。 对于横位焊接的环缝，焊接

7、方向应从左到右，打底层焊接时焊条往运条方向前倾 510，同时稍微往下倾斜 1015，焊接过程中应注意背面成型情况；填充和盖面焊时，如坡口较窄时，可采用摆动焊接方法，一道焊完，如坡口较宽，应采用多道焊，每层焊缝先焊下面焊道，再在每道（依次）往上压， 最上面焊道由于靠近坡口面， 应减小电流，同时稍作摆动，以防止未熔合和咬边等缺陷产生。纵缝焊接采用立位，打底焊接焊条应往下倾斜20左右，从第二层开始，每层焊接时在焊道中间引弧，采用三角形的运条方法，由于焊接过程中采用较小的电流， 所以运条至两侧坡口面时应稍作停留，防止产生未熔合。2 铆工工艺对变形的控制对于 3000 m3 的储罐安装， 目前主要采用倒

8、装法。 采用正确的组焊顺序以及合理的防变形措施，对控制变形有着重要的作用。 以下从罐底、罐顶、罐壁三个部位来阐述施工中对变形的控制。2.1罐底变形的控制罐底一般采用中幅板和边缘板搭接的形式铺设，其变形主要是罐底焊缝收缩不均，造成罐底局部变形过大。为了减少钢板和焊缝中的内应力，同时使热量尽可能均匀分布， 防变形措施主要从以下四个方面考虑：（1）中幅板的铺设及尺寸设计。综合考虑钢板尺寸和施工规范进行底板二次排版， 尽可能使焊缝最少，且焊缝以中心线对称布置。这样整个罐底的焊缝收缩较小且焊缝收缩相对均匀， 底板铺设直径比设计直径大 1.5,以补偿焊接收缩量。（2）中幅板的焊接及变形控制。 先焊短焊缝,

9、后分片施焊较长焊缝， 最后施焊分片间的搭接焊缝。 采用分段分层退步施焊法,且焊缝宽、高以板厚为宜,不应过高和过宽,这样焊缝收缩量尽可能小且收缩均匀，焊完后，用锤击消除部分内应力。每条长缝焊接应使两名焊工从焊缝中心向两头对称施焊，分段长度以 300500 mm 长为宜,且要采用隔缝跳焊的方法，留出适当的收缩焊缝。（3）边缘板的对接焊缝焊接及变形控制。先只焊靠外侧的焊缝 300 mm 的部位, 且在组装罐壁之前焊接、探伤结束。 其垫板与两边缘板紧贴，间隙小于 1 mm，保证焊缝焊透，既可提高探伤的合格率，也有利于变形的控制。且对接缝内侧的焊缝间隙比靠外侧的焊缝间隙大 23 mm, 避免由于罐壁与罐

10、底角焊缝施焊完后, 边缘板外部收缩较大 ,而对接缝内部已无处收缩造成上拱变形。 焊缝焊接时应采用分层反向施焊，焊完后,用锤击消除部分内应力。（4）最后进行中幅板与边缘板搭接缝的焊接,可使壁板与罐底的角焊缝产生的收缩应力得以释放 ,减小罐底的整体变形。 焊接时要多名焊工对称均布,采用分段退步法同向施焊,焊后锤击消应处理。 这样焊接应力较小且分布较均匀,使焊缝收缩变形较小、均匀,可克服局部变形过大的毛病。2.2罐顶变形的控制罐顶由多块瓜皮板和加强筋组成， 焊缝一般采用搭接形式， 其变形一般是由于焊缝收缩不均匀产生局部较大下凹， 瓜皮板数量太少会导致板与板之间形成尖角。防变形可采用以下五个措施：（1

11、）选择合理的瓜皮数。 根据罐顶球半径、油罐直径、设计图纸、最少焊缝、施工经验、经济效益等几方面来选择罐顶瓜皮板的数量， 以保证最小的变形量。（2）瓜皮板拼接变形控制。 为了节约成本，很多时候瓜皮板需要拼接， 瓜皮板的拼接焊缝焊完后，应锤击焊缝作消应处理，视实际变形情况来确定是否需要机械滚压成形。（3） 重视顶板及加强筋的成型加工及堆放 。需制作若干个与罐顶半径相同的曲面胎具， 用以分片组焊瓜皮板和加强筋，保证加强筋的弧度，且可用于带龙骨瓜皮板的堆放， 防止堆放时因自重而产生变形。（4）调整瓜皮板组装时的弧度。应利用中心托盘和包边角钢上焊接角钢段 （开口方向朝罐中心），并利用角钢割制而成的楔型铁

12、来调整罐顶曲面，用样板尺检查弧度。（5）采用先点焊后跳焊、先外后内再外的焊接顺序。瓜皮板调整完毕后，应先分段点焊瓜皮板外侧，然后到罐内将各瓜皮板之间的骨架焊接，跳焊完瓜皮板间搭接缝的内侧,再焊外侧焊缝，这样在焊外侧焊缝前整个罐顶已成为一个整体， 刚性增强，可有效抵抗外侧焊缝的收缩变形。外侧搭接焊146Hot Working Technology2009, Vol.38, No. 5上半月出版CastingForgingWelding 金属铸锻焊技术缝焊接应使用多名焊工对称均布从中心向外侧分段反向施焊,且应采用隔缝对称施焊法进行,这样使整个罐顶受热均匀,局部受热较小,可有效减小罐顶变型。2.3罐

13、壁变型的控制储罐罐壁一般采用对接焊缝， 变形主要是罐壁局部内凹、环缝部位掐腰较大，薄板部位和丁字缝处由于应力集中焊缝变形比较严重。 采用如下九个措施减小变形：（1）壁板下料尺寸的控制。下料时使用专用切割小车，严格控制壁板宽度，使每圈壁板的宽度偏差在 1 mm 的范围内，环缝间隙基本一致，整圈环缝收缩量尽可能一致， 可减少局部变形过大的情况发生。 且圈板的周长按照直径的 0.25进行递增，正好抵消焊接时纵缝和环缝产生的收缩量，否则油罐将成为头大脚小的倒圆锥罐。（2）壁板预制变形控制。 壁板预制滚圆时，弧度要达到要求,且要减少板两头直边存在量,做好压头工作， 这样可减少组装时形成的内应力和局部变形

14、，组装时使用曲面胎具小车运至安装现场。(3)胀圈的制作。 胀圈在滚圆时，对两头的直边，采用割除的办法，以保证胀圈的弧度。 胀圈撑圆应采用 10t 千斤顶，千斤顶过小撑力不够，环缝收缩易出现掐腰现象， 千斤顶过大易使装圈变形较大，加大罐壁变形量。(4)重视第一圈板的组装，保证其垂直度 。 在底板上划出罐内壁直径圆， 并点焊限位铁， 间隔500600 mm，同时在外侧 30 mm 处点焊角钢段，位置与限位铁相对应， 以便利用打紧楔铁保证罐壁的垂直。(5)利用加强弧板，控制纵缝的变形。 纵缝易产生内凹变形, 在焊接时应在内部焊缝处上下各加一加强弧板, 且采用分段反向法施焊， 打底层34 根焊条为一段

15、，填充层可分为 4 段（两段先焊 ）,盖面层可由底端焊接到顶端 ，焊完后用锤击消除应力。 这样焊缝处刚性较大, 且受热均匀,可减小焊缝变形。(6)薄壁板的变形控制。 薄壁板可采用环缝开坡口不留钝边且预留三处 50 mm 的部位不开坡口的办法，保证环缝间隙，焊接时单面焊透性好，反面清根较浅且相对均匀，减小环缝局部变形，防止较大面积内凹的发生。(7)环缝焊接方法对焊接变形的影响。 环缝焊接时，应使用多名焊工均布，采用分段退步法同向同时施焊，要求电流、电压、焊接速度基本上保持一致。 这样环缝局部受热较小,且整道环缝收缩较均匀,可有效减小罐壁的变形。(8)壁板丁字缝的变形控制。 适当减少纵缝在丁字缝处

16、的预留未焊长度 , 增大了壁板的刚性约束 ,避免在丁字缝处出现较大变形。 在保证焊透的情况下 ,尽量采用较小的焊接电流。(9)当焊缝完全冷却后 ，再撤出加强弧板 、胀圈等加固胎具。3 结论该工程中采用合理的焊接参数、焊接方法、铆工工艺等防变形措施，油罐的外观成形良好。对油罐的罐壁进行变形测量发现： 罐壁铅垂度均小于0.28%（标准为 0.4%1）、底圈壁板内表面半径允许偏差小于 15 mm（标准为 19 mm1）、罐壁局部凹凸变形度通过近 1000 个点的测量发现 99.4%的变形控制在 13 mm 以内， 超差的 0.6%也是控制在 15 mm 以内；角变形均控制在 10 mm 以内。参考文献:1 GBJ128-90，立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范 S.!半固态铸造!半固态金属铸造成形技术经过 20 多年的研究及发展, 目前已进入工业应用阶段。 其原理是在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌(可以采用机械、电磁或其它方式) , 使普通