气柜底板焊接变形的控制

文/张玉福



气柜底板焊接变形的控制

文/张玉福

中国石油抚顺石化公司

气柜底板面积大、板材薄、焊缝多，焊后极易产生焊接变形，影响气柜的质量及将来的正常运行。施工中采用合理的施工方法和顺序，对焊接变形进行控制，对气柜的质量及将来的正常使用和运行起到至关重要的作用。

气柜底板；焊接变形；控制

中国石油炼化企业天然气利用改造工程3万立干式储气柜制作安装工程，气柜柜体直径34.377米，柜体总高为46.263米，总重约为710吨，气柜由底板、活塞板、壁板立柱、柜顶板、T围栏、调平装置、密封膜等部件组成。气柜的底板板厚为4.5毫米、6毫米，底板面积为932.02平方米，气柜底板面积大、板材薄、焊缝多，焊后极易产生波浪变形。因此在组对和焊接过程中的关键问题是控制焊接变形的产生。

气柜底板焊缝形式主要为对接和搭接。焊后主要产生横向收缩和纵向收缩以及失稳翘曲变形，如图1、2、3所示。以上三种变形共同作用即产生常见的气柜底板焊后的波浪变形。

图1 焊接横向收缩

图2 焊接纵向收缩

图3焊接失稳翘曲变形

1 气柜底板组对形式

气柜底板由中幅板和内、外环板组成。中幅板和内环板板厚为δ=4.5毫米，外环板板厚为δ=6毫米。钢板材质均为Q235-B。中幅板之间、内环板之间为搭接，外环板之间为对接，中幅板与内环板、内环板与外环板之间为搭接。气柜基础为起拱型。气柜底板焊接排版图及底板与基础

2 气柜底板焊接变形产生的原因

气柜底板焊接受热产生变形。气柜底板板材薄、面积大、焊缝多。焊接过程受热极易产生波浪变形。

焊接过程实质上是板材的不均匀加热和冷却过程，焊件上距熔池中心远近不同的各点的温度是不同的，且各点的温度每一瞬间都在变化。焊接时焊缝及其附近金属的温度较高，要发生较大的热膨胀，但又要受到周围温度较低金属的约束，所以焊接加热时，焊缝及其附近金属受到压应力而周围温度较低的金属受到拉应力。钢板被加热时，随着温度的升高，其屈服点会下降，这样焊接高温区的金属所受到的压应力往往会超过材料的屈服点而产生压缩塑变形。焊缝金属冷却收缩时，产生压缩塑性变形的部分就会出现小于原来尺寸的缩短现象。焊件的横向和纵向缩短就造成了焊件焊后的各种变形。同时，发生缩短变形的金属要受到周围温度较低处变形较小的金属约束、阻碍其缩短，致使焊缝及其附近金属受到拉应力而周围的金属受到压应力。这样就产生了焊接应力和变形。

焊接结束后存在于钢板中的应力，一般情况下在焊缝附近是拉压力，离开焊缝较远的区域为压应力。在压应力的作用下，由于气柜底板面积大，薄板失稳，产生波浪变形。

3 气柜底板焊接变形的防止措施

3.1采用变形较小的焊接方法

二氧化碳气体保护焊效率高、成本底，适宜薄板焊接，在一定的焊接参数下，可进行全位置焊接，熔敷效率高，焊后变形小。气柜所有焊缝均采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。可从焊接方法上有效减小焊接变形。

3.2采用刚性固定法

底板组对采用刚性固定的方法，在底板焊口两侧组对时加背杠和楔子。

3.3 合理的选择焊接工艺参数

焊接时焊接线能量越大，产生的焊接变形也越大，焊接过程中应尽可能采用小电流快速焊，减小焊接电弧的热输入量，使热影响区域范围减少，从而减小焊接变形。

3.4 合理选择焊接顺序

3.4.1以底板中幅板为十字中心线，按十字中心线将底板分成四块，各自焊接，焊完后再焊十字中心线。

3.4.2先焊短焊缝，后焊长焊缝。先焊焊缝编号为1的焊缝，使底板在长度方向自由收缩成为整体长条，然后再将标注为A的板焊接为一个整体，再将标注为B的板与标注为A的板焊接为一个整体，以此类推。

3.4.3中幅板和内环板之间的焊缝，可由数名焊工均布对称施焊，并可同时进行。

4.4.4内环板与外环板的搭接焊缝暂时不焊，留待底层壁板与内环板T型角焊缝施焊完毕后再进行焊接。

3.4.5底板焊缝由内向外施焊。两块板相焊，焊缝会产生横向收缩和纵向收缩，内部是封闭部位，外部属自由端（越往外越明显），由内向外可使焊缝的横、纵焊缝自由收缩；反之，若先焊外，自由端被固定，在焊内部时，焊缝的横、纵向收缩都会受到限制，因而产生较大应力，从而产生较大变形。

会引起变形，且越往外越明显，这是因为两侧的应力相等而又有足够的宽度，不会使中心板产生3.5适当改变焊接方向，焊接过程采用分段退焊或分段跳焊法。

分段焊可以减少焊接热输入，控制焊接变形。将长焊缝变为短焊缝，多人同时施焊，降低劳动强度，提高效率。分段退焊中应尽可能保持施焊过程的连续性，分段而连续进行。

分段退焊主要是缩小焊接区与结构整体之间的温差，从而减少焊接变形；同时由于头尾相接的焊接顺序，前一段焊缝刚冷却下来，后一段焊缝的热量就会给前一段一部分，使其得到一次退火的机会，同时减小了前后的温差。

3.6采用锤击焊缝的方法

焊接过程中每焊一道焊缝都必须用扁长圆头锤子，沿焊接方向依次锤击，力量要适中，使焊缝周围2毫米范围内受到影响。锤击焊缝2-3遍。样可以使焊缝金属得到延伸，减少残余应力，从而降低焊接内应力，达到减少变形的目的。锤击应保持均匀、适当。锤击应在焊后立即实施。

3.7焊前预热

焊接时的温差是产生焊接变形的根本原因。因此，尽量缩小焊缝与母材之间的温差，使残余应力变小，焊接变形也就变小。另外，通过预热还可以排除焊缝区的水蒸气，减少了气孔和氢裂产生的可能性。

4 结语

通过以上方法的应用，有效的避免了3万立干式储气柜底板的焊接变形问题。为以后大面积薄板焊接变形问题以及气柜底板的施工提供了宝贵的经验。

[1]陈祝年.焊接工程师手册机械工业出版社,2002.