核电站大型储罐焊接变形分析及控制

核电站大型储罐焊接变形分析及控制

方志坚刘英学

中核工程咨询有限公司北京100000

摘要：焊接是储罐建造的主要工序，对核电站储罐的性能质量具有决定性意义。储罐的类型有很多，但在各类油库的建造中，广泛应用的是大型立式钢制圆筒形拱顶储罐和浮顶储罐，它引领着当今大型储罐建造技术的发展。

关键词：大型储罐；焊接变形；控制

随着我国工业的发展，储罐的制作安装在建筑安装行业中越来越受到重视，由于大型储罐在安装过程中非常容易产生焊接变形，而且很难控制，直接影响罐体的安装质量和整体效果，同时也影响罐体的安全使用性能。目前对大型储罐焊接变形的控制在整个安装行业是一大难题。如果在现场施工过程中焊接变形未得到很好控制，不仅会影响装配，严重时会无法投入使用，因此必须制定合适的焊接施工方案并采取有效的变形控制措施，确保焊接质量.

1储罐焊接过程工艺

1.1罐底板焊接

为了防止罐底板焊接变形，焊接过程需要按照以下工艺：

(1)罐底中幅板为搭接焊缝，采用焊条电弧焊施焊。先焊短焊缝，后焊长焊缝。焊接长焊缝时，由中心开始向两侧分段退焊。

(2)边缘板焊接，采用焊条电弧焊施焊。先焊外边缘300mm部位的焊缝，外端加引弧板，由罐内向外施焊，采用隔缝对称施焊法，焊工对称均布。

(3)焊接顺序为：将中幅板由中心向外分成许多的小区块，并在区块内焊接焊缝，然后再将中幅板整个焊接在一起。一般在焊接焊缝的过程中，如果焊缝的长度过长，且收缩力较强时，就必须确保焊缝的收缩自由，且不会对整体结构造成影响，这样就能对储罐底板焊接变形进行有效的控制。在中幅板整个焊接的过程中，边缘板不会对焊接过程中产生的收缩量产生较大的影响，且焊接的应力也相对较小。在焊接边缘板过程中，其内部不焊接，而外部则焊接300～400ram，预留到壁板与边缘板的角焊缝发生了收缩之后再进行焊接。边缘焊缝以及大角缝等全部焊接完毕之后，对收缩中幅板之后的放大部分进行切焊，组对边缘板以及中幅板之间存在的焊缝。最后就是焊接该焊缝，收缩之后的焊缝会由于边缘板的作用力而受到一定的阻碍，这时中幅板产生波浪变形的可能性就会降低。

1.2储罐壁板的焊接变形分析及控制

（1）壁板变形的原因分析

储罐壁板的焊接变形主要表现在罐体的椭圆度、垂直度及局部凹凸度超标。影响椭圆度、垂直度的原因,除制作安装过程中下料尺寸精度差,工艺、工序不合理或不完备外,主要是焊接因素。纵焊缝、环焊缝的纵向收缩(沿焊缝长度方向的收缩)和横向收缩(沿焊缝宽度方向的收缩)均能造成应力变形,致使椭圆度、垂直度、局部凹凸度超标。为减少壁板在焊接过程中产生的收缩变形，在现有条件下，最有效的工艺措施是刚性固定法和选用合理的焊接工艺，以限制罐壁板焊缝及热影响区收缩。

（2）壁板环焊缝的刚性固定法控制措施

壁板环焊缝的刚性固定采用膨胀圈固定来减少环焊缝的收缩变形，膨胀圈用卷制成形的槽钢，用正反T形螺纹螺母及丝杠连接，根据罐体内径卷制而成，并使接触面长度满足罐壁周长要求，通过旋转丝杠调节胀圈，使其与罐壁板贴紧或松开，膨胀圈使用上下2块挡板固定在每层罐壁的底部，当每层壁板焊接完毕之后，膨胀圈还可以做吊具使用，当下层壁板组装就位之后，可落下膨胀圈至罐壁的底部。

壁板环焊缝的刚性固定还应使用限位挡板，在环焊缝内侧，每隔1m焊接1块限位挡板，对罐壁的垂直度和椭圆度进行控制。限位挡板必须在环焊缝根部焊完之后才可以去除。

（3）壁板纵焊缝的刚性固定法控制措施

壁板纵缝焊接时，焊缝金属及热影响区受热膨胀，因受两侧冷凝金属压力作用而收缩；而当焊缝及热影响区金属冷却时，两侧母材又受到拉应力作用，且横向收缩在板厚方向是不均匀的，这样就造成平面偏转角，产生角变形。为防止这种变形，在壁板纵缝焊接时，必须先在罐内壁距纵缝上下边缘约300mm的位置和中部各焊接1块与罐壁曲率相同的同材质长约1m的防变形弧板，增加局部刚性，弧板与焊缝接触处预留15~20mm宽的间隙便于对焊缝清根处理时焊条通过。待该层纵焊缝焊完冷却后，再去掉防变形弧板，此种方法对减少焊缝横向收缩产生的角变形有较好的效果。焊缝的对口间隙和坡口角度对焊接角变形也有较大影响,对口间隙和坡口角度越大,填充金属的量就越大，热输入就增大，焊接变形倾向就变大。因此，坡口加工及组对时应严格按设计要求进行施工,不得随意增大对口间隙和坡口角度。

（4）壁板焊接工艺的选择

除了采用刚性固定法减小焊接变形，选择合理的焊接顺序对减小储罐壁板的焊接变形也非常重要。壁板的焊接，当焊完相邻两圈壁板的纵向焊缝后，再焊其间的环向焊缝。每圈壁板有4条纵焊缝，纵缝的焊接应由2名焊工沿圆周均匀分布，以350mm左右为一段，采用分段跳焊法对称焊接，以使焊缝内的应力均匀，从而提高罐体的稳定性。纵缝的两端应各留出200mm不焊，等到环缝组对完成后与环焊缝一起焊接。环焊缝的焊接，以350mm为一段采用分段跳焊法进行施焊，由偶数名焊工沿罐壁周向均匀分布，同时同向进行分段跳焊，每一层焊道焊接结束前，任何焊工不得单独开始进行下一层焊道的焊接。

1.3储罐顶板的焊接变形分析及控制

顶板的焊接变形相比底板和壁板的变形比较容易控制，顶板的焊接制订合理的焊接顺序基本就能控制焊接变形，顶板焊接时先焊接内侧断续焊缝，严格按照每隔100mm焊300mm的图样要求进行，隔缝施焊的方法由中心向外依次施焊，焊工周向均匀分布。焊完内侧断续焊缝再焊外侧搭接焊缝，焊接时由中心向外分段跳焊加隔缝施焊的方法，由6名焊工周向均匀分布，按照同样的方向施焊。施焊前先将每道顶板纵缝按照350mm为一段，等分成16段，由中心向外依次编号，按照先焊1，3，5，7，9，11，13，15，再焊2，4，6，8，10，12，14，16的顺序施焊，焊完一道焊缝之后隔缝施焊下一道焊缝，比如某焊工按照以上方法施焊完E01焊缝之后焊接E03，所有焊缝均按照这种隔缝分段跳焊的方法进行施焊。

2储罐焊接变形控制

(1)增设龙门钢板

在储罐焊接过程中，容易产生角变形，增设龙门板可以有效防止角变形的产生。尤其罐壁板纵缝、环缝在焊接前均应增设适当的龙门板；龙门板间距：纵缝一般在500mm左右，环缝一般在1000mm左右为宜。

(2)角钢框架加固

在罐壁探伤返修过程中，罐壁容易鼓包，用角钢框加固后进行焊接，可以有效防止变形。

(3)焊接检验措施

焊缝应进行外观检查，检查前应将溶渣，飞溅清理干净。焊缝表面质量应符合下列规定：焊缝的表面及热影响区，不得有裂纹、气孔、夹渣个弧坑等缺陷。对接焊缝的咬边深度，纵向不大于0．4mm；环向不大于0．8mm，咬边连续长度不得大于100mm；焊缝两侧咬边的总长度，不得超过焊缝长度的10％。罐壁纵向对接焊缝不得有低于母材表面的凹陷，罐壁环向对接焊缝和罐底对接焊缝低于母材表面的凹陷深度不得大于0．5mm。凹陷的连续长度不得大于10mm，凹陷的总长度，不得大于该焊缝总长度的10％。焊缝宽度：应为坡口宽度两侧各增加1～2mm。

结束语：

综上所述，通过对核电站大型储罐底板焊接及变形控制的分析，掌握底板焊接变形及其控制的原理和方法，并设计出合理的控制方案，适当采用新工艺来进行储罐底板的焊接，并在焊接结束之后运用矫正方法予以矫正，就能够的储罐底板焊接变形进行有效的控制。

参考文献：

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[2]梁斌,马永利.立式钢制储油罐焊接变形分析及控制[J].油气储运.2017(06)

[3]程东淮.大型储油罐焊接变形分析及控制[J].陕西建筑.2017(02)