大型储油罐罐底之焊接方法探索与实践

汪兴科

（东营市技师学院，山东 东营 257091）

在储油罐的加工制造中，罐底是一个比较重要的部位，罐底的焊接成功与否决定了整个储油罐加工制造的成败。由于腹板多且面积很大，不同位置钢板的尺寸等因素相差悬殊。需进行大面积的角焊缝焊接，如果工艺不当，焊接完成后会产生非常大的焊接应力和变形，较难控制。如果变形后再进行矫正处理，难度不大，严重时会使罐底结构板报废，影响焊接工程的质量和进度。

1 应力分析

罐底焊接过程中，产生变形的主要原因是因为对于搭接焊缝的焊接，纵向、横向的收缩加上角焊缝纵向的收缩，都会造成钢板变形。所以，要从实际情况出发，制定合适的施工方法，使焊缝按预设要求进行收缩，防止产生焊接变形。在施工焊接之前，先要分析焊接应力的产生情况，确定好施工工艺，选取合适的装配形式来满足焊接需求。

薄板焊接时，通常采用搭接角焊缝施工，由于焊接时温度较高，温度高的一侧会产生较大的压缩塑性变形，温度低的一侧焊接变形则较小。冷却过程中，沿板面出现不均匀的收缩就产生了角变形。角变形大小与钢板的厚度有关；薄板工件焊接，由于热量传递得快，且沿厚度方向分布较为均匀，压缩塑性变形产生较小。如果在薄板搭接焊两侧外加刚性固定条件下施焊，焊后角变形会很小。此时焊缝应力很小，而横向拉应力决定焊缝是否产生变形。焊接时，从钢板的一端焊到另一端，对薄板进行加热，由于中间温度高，金属将受到两侧温度低的金属反作用，从而产生压应力。当中间部位金属所受的压应力超过屈服点值时，则该部位就会出现压缩塑性变形，此时钢板中同时存在着压应力和拉应力，并处于平衡状态，钢板将伸长；焊缝冷却时，由于中间部分金属在加热时产生压缩塑性变型的原因进行收缩，长度要比原来的短。中间的应力与两边的应力是牵制影响的。故而在焊后冷却时，中间部分将产生拉应力，两边金属部分会产生压应力，并达到相互的平衡，最终焊缝纵向产生收缩变形。

在平行+相反方向的两外力作用下，搭接焊接时，对于施焊过程，是有先后顺序的。先焊的一部分焊缝，要受到后焊部分焊缝对它的压缩作用，因而降低了横向拉应力的数值，而临近焊缝区域内金属因受热产生的膨胀，受到相邻固态金属的刚性约束，产生压缩塑性变形且和热源移动，各点不断的重复这一过程。冷却后，产生横向收缩变形。根据经验得知：对于4-10mm厚的钢板搭接连续角焊缝横向收缩量为0.6-0.8mm/m。在无外力固定的情况下，因为搭接焊缝的施焊不是同时完成的，先焊的部分，由于受到后焊缝横向收缩作用，限制了后焊完成焊缝的横向收缩，因此，在焊缝的末端，受到了拉应力的作用。先焊焊缝则受到压应力作用。由上述两部分应力合成的结果，就产生了总的横向应力。这种横向应力的作用产生的变形，使得焊缝中间部分起拱或者凹下，这将对罐底板施工十分有害。

2 罐底板的装配设计

罐底板的装配设计排版，主要根据用料的几何尺寸。应满足施焊所需的要求。使幅板在焊接过程中，受热面不集中就能迅速均匀将热传递，还应满足铺设的方便、快捷和美观。常见的装配排版形式有：人字形排版法、丁字形排版法、条形排版法等。几种排版方法相比较丁字排版法较好，其优点是：1）排版时便于错缝，美观大方，容易排列且外观整齐。2）能满足施焊条件，可以避免在施焊过程中的应力过于集中现象，并能使热量迅速均匀的传递，克服了幅板焊后沿纵横方向收缩引起底板发生凹拱等现象。效果较好。

3 罐底板的焊接工艺

3.1 焊接顺序的确定

首先要分清哪些焊缝施焊后能影响到底板变形，从而合理的安排好焊接操作顺序。焊缝容易产生的底板变形主要有：

带壁板与弓形焊缝，会引起弓形板变形；幅板焊缝引起纵横向方向的收缩。

弓形板与中幅板搭接角焊缝后会引起周向收缩；弓形板对接焊缝会引起周向收缩。

上述影响因素，相互牵连。因此，要将底板焊缝分段施工，使其都能均匀自由收缩。在具体焊接中，其措施如下：

先焊中幅板错开的短焊缝，然后焊直通的长焊缝。焊接时，用小锤适当力度锤击焊缝区，释放应力。罐底与底圈壁板连接部位的焊缝焊接，为了减少焊缝变形，可以数对焊工对称分布在罐区内与罐外，沿同一方向分段退焊。边缘板的径向连接焊接缝，可以由外到内分段退焊，由数名焊工对称施焊。尽量选择大规格的钢板焊接。由于焊缝的纵向收缩量与焊缝成正比，采用大规格钢板后，罐底板的焊缝长度大量减少，纵向收缩变形也相应地减少，同时减少工作量，降低材料消耗，节省人力和物力，提高效益。在幅板焊接完成前，留出二道主要的焊缝暂时不焊，为后续焊接留下充足的收缩余量。待罐底所有的焊缝焊接完毕后，再进行施焊。

3.2 焊接工艺的选取

在实际的焊接过程中，采用的焊接工艺参数见下表：

层 焊条型号 电源极性 焊条直径/mm 焊接电流/A 焊接电压/V第1层 E4315 直流+反接 3.2 115-125 20-24第2层 E4315 直流+反接 4.0 160-175 24-28

焊接电流的大小，对焊接质量有较大的影响。电流过大，则易产生咬边，同时增加金属飞溅。电流较小，电弧不稳定会造成未焊透和夹渣等缺陷，使生产率降低。

焊接速度大小，直接影响焊接生产率和焊接质量。应该在保证质量的前提下，易采用较大的焊条直径和焊接电流，以达到最大的焊接速度。

坡口的选择在保证焊透，尽量减少填充金属，焊接变形及应力尽可能小的前提下进行选择。

收弧时，每一层焊缝首尾必须重叠25-40mm，使焊条与平面的角度改为20度，引弧前用焊条将一根焊条收弧处来回划数次，使焊渣划开再引弧，这样可以避免在焊接接头产生气孔和夹渣，保证焊接接头处的焊接质量。

4 结束语

综上所述，对大型储油罐底板施工进行了详细的总结和论述。阐述了罐底-钢板焊接底板铺设、焊接及变形矫正的方法、应力分析。对焊接工艺与方法进行了实践与探索。以上方法在大型储罐底板施工中得到广泛应用，有效的防止了罐底变形，效果较好。为大型储油罐焊接制造提供了一种可参考的操作方法。