储罐底板焊接变形控制

陈树健（ 南京金陵石化建筑安装工程有限公司，江苏 南京 210033）

储罐底板焊接变形控制

陈树健（ 南京金陵石化建筑安装工程有限公司，江苏 南京 210033）

大型储罐作为石油化工企业重要设备之一，其施工质量对企业安全生产有着重要意义，而罐底板焊接变形控制是储罐施工的关键。本文就罐底板焊接变形产生的机理进行分析，找出控制罐底板焊接变形的方法及工艺措施，在实际施工中进行应用，取得良好的效果。

底板焊接；焊接变形；控制措施

随着石油化工行业的迅猛发展，大型储罐日益增多，质量要求也越来越高，而罐底板的质量很大程度决定储罐的使用寿命，因此，在储罐施工过程中，如何保证罐底板质量尤为重要。罐底板板材厚度与其长度、宽度相比，尺寸相差悬殊，在罐底板焊接过程中，极易产生焊接变形。如何控制焊接变形的产生是保证整个储罐制作质量的重要环节。本文以我公司制造安装的一台催化原料罐为例，对大型储罐罐底板焊接变形产生的原因及控制措施进行讨论。

1　焊接变形产生的机理

焊接变形的产生，从根本上说是因为焊接工程中温度在构件上得分布不均匀，造成高温区域冷却后产生的收缩量大，低温区域收缩量小，这种不等量的收缩导致构件形状改变。对于具体结构而言，其最终的变形与焊缝的位置、数量、大小及焊缝收缩量有关。此外，构件内部由于焊接过程产生的内因力，也会影响构件焊后变形。

罐底板的变形主要有波浪变形和角变形两种，角变形发生在堆焊、对焊、搭接焊时，由于接头处收缩变形在厚度方向上不均匀分布造成的，焊缝正面变形大，背面变形小造成构件平面的偏转形成角变形。波浪变形产生原因有两种，一种是钢板焊接时产生的上下相间的角变形而形成，一种是由于焊缝附近的拉应力及较远区域的压应力共同作用造成钢板失稳产生的。

因此，为了控制焊接变形，一方面要增加构件的刚度或外界对构件的约束力，另一方面需要降低焊接时温度场的分布不均匀，减少焊接变形。

2　控制焊接变形的基本措施原则

（1）合理的焊接顺序 合理的焊接顺序可以保证罐底板焊接时处于相对自由状态，对控制焊接变形量与焊接残余应力意义重大，罐底板焊接顺序应为：边缘板外300mm对接焊缝焊接→中幅板短焊缝焊接→中幅板长焊缝焊接→边缘板与罐壁板大角缝焊接→边缘板其余对接焊缝焊接→边缘板与中幅板伸缩焊缝焊接。

（2）减少焊缝数量 编制材料计划时，根据罐底板直径及中幅板、边缘板的布置形式，尽量选择大规格的钢板，力求焊缝数量最少，罐底板拼接焊缝减少了，必然有效减少焊缝收缩量，从而减少焊接变形量。

（3）合理布置焊缝位置 焊缝应尽量对称布置，使焊接变形能够相互抵消，减少累计变形。如中幅板布置时，以十字中心线为基准，对称排列；弓形边缘板布置时以圆心为基准，环绕布置。

（4）合理的焊接方法 采用较小的焊接线能量可以减少焊接变形，底板施焊时，尽量减少焊接电流，增大焊接层数，多采用退焊和跳焊的方法，限制和缩小温度场，使焊缝总长范围内应力平均值降低，减少焊接变形。

（5）机械矫正法 焊接变形是伴随焊接出现，不可避免的，实际应用中，为了把焊接变形控制在一定范围内，可以采用适当的矫正方法，如焊接前采用反变形法，使焊件产生大小相等、方向相反的变形，抵消或补偿焊后发生的变形，保证构件最终精度。焊接过程中，还可以采用锤击法，一方面使金属受力产生塑性变形，释放内应力；另一方面，大力锤击，使金属产生反方向变形，以变形抵消变形。

3　工程实例

（1）工程概况 2012年，我公司承建中石化金陵分公司油品质量升级改造工程系统配套项目，该项目中的催化原料罐区改造包含一台5000m3拱顶油罐制作及安装，该储罐直径23.84m，总容积5000m3，罐底由边缘板和中幅板构成，边缘板材质为Q345R，厚度δ12，中幅板材质为Q235B，厚度δ8。边缘板由多块板组成环形结构，中幅板由多块板拼成多边形平板结构，边缘板与中幅板之间通过龟甲缝焊接成整体，而底板与壁板通过环形大角缝相连，各焊缝焊接工艺见下表：

焊接位置焊缝形式焊接方法焊接材料焊接电流边缘板对接焊缝S M A W J 4 2 7 1 0 0～1 3 0 A中幅板搭接角焊缝M I G E 5 0 1 T -1 1 6 0～2 0 0 A底板与壁板连接处角焊缝M I G E 5 0 1 T -1 1 6 0～2 0 0 A边缘板与中幅板连接处搭接角焊缝M I G E 5 0 1 T -1 1 6 0～2 0 0 A

（2）罐底边缘板的组对焊接 考虑到罐底边缘板焊接收缩，排版时将外径放大0.15%，同时采用图1所示的夹具固定并调节坡口间隙及错边量。根据相关规范要求，边缘板的组对应采用不等间隙，外侧控制在6～7mm，内侧控制在8～12mm，以便焊缝热收缩间隙归于一致，保证边缘板的平整度。焊接前，采用6mm垫板垫在焊缝下，这样不仅能保证焊透底板根部，而且在底板下部增加加强筋，使罐底板结构刚性增强，降低大范围出现失稳变形的可能性，同时利用反变形法减小焊接变形。焊接时，先焊自边缘板自外向内300mm的对接缝，隔一条焊缝焊接一条，焊工均布在边缘板外侧圆周上同时对称施焊，保持速度一致，剩余焊缝需待罐底板与罐壁板大角缝焊接完成后进行，仍由焊工均布，采用退焊法由焊缝接头向内侧焊接。

（3）罐底中幅板的焊接 中幅板焊接时，由于焊缝多为长焊缝、多层焊缝，焊接过程中会造成多种焊接应力的存在，焊后不能及时释放，会形成残余变形，不仅影响罐底的尺寸精度和外观，还将降低罐底的承载能力，因此控制中幅板的焊接变形，是保证罐底质量的关键。中幅板焊接可在罐底边缘板300mm焊接完成后进行，总体原则是先焊短焊缝、再焊长焊缝，由中心向四周发散的形式焊接。焊接时由单块板焊接成两块一组，再由两块一组焊接成四块一组，以此类推，相邻焊缝不得同时施焊，应隔一道焊一道，初层焊道采用分段退焊或跳焊焊接，分段焊接长度为300mm左右，接头错开80mm左右为宜。对于三层钢板重叠部分的搭接焊缝，变形较大，焊接过程中，可一边焊接，一边趁热进行锤击，产生塑性变形，释放应力集中。根部焊道焊接完成后，沿三个方向200mm范围内进行渗透检测，全部完成后再次进行渗透检测，保证焊接质量。

图1　

（4）罐底与罐壁大角缝焊接 罐底与罐壁连接的大角焊缝为双面焊缝，尺寸较大，必须在底圈壁板纵缝焊完后、边缘板与中幅板焊接前施焊，该T型角焊缝为双面坡口的全焊透焊缝，焊接填充量大，如不加以控制，会产生较大的焊后变形，为避免焊接产生角变形对罐壁垂直度的影响，焊接前，在罐壁内侧均匀布置若干个斜撑加固，斜撑布距不大于1200mm，并不得妨碍焊接。施焊时，由数名焊工由罐内、外沿同一方向、同一工艺参数、采用分段跳焊焊接，焊100mm空400mm，然后焊所空的400mm焊缝，内、外侧角焊缝焊完后，拆除斜撑，对罐内角焊缝进行磁粉检测。

（5）龟甲缝焊接 龟甲缝焊接是罐底板焊接的最后一道工序，焊接量大，焊后收缩严重，直接影响罐底板的平整度。组对前不得电焊固定，保证能够自由收缩，焊接时焊工均匀分布，沿同一方向，同一参数，采用分段跳焊或退焊同步施焊。

4　结语

实践证明，我公司施工中采取的合理焊接方法、焊接顺序及行之有效的防变形措施，使罐底板质量得到有效的控制，效果非常好，经过检查验收，罐底板局部凹凸变形深度均未超过30mm，低于“罐底焊后局部凹凸变形深度不应超过长度小于2%，且不大于50mm”的规范要求，达到预期的效果，获得业主的一致好评。

［1］SH/T3530-2011，石油化工立式圆筒形钢制储罐施工技术规程［M］.

［2］GB50128-2005，立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范［M］.

［3］邱葭菲主编.《焊接方法》［M］.机械工业出版社，2009.

［4］陈丙森主编.《焊接手册》［M］.机械工业出版社，2001.