储罐焊接变形控制方法研究

储罐焊接变形控制方法研究

程为斌

中国化学工程第三建设有限公司安徽淮南232000

摘要：储罐是石化、消防等行业必不可少的装备。其中，焊接是储罐建造的主要工序，对储罐的性能质量具有决定性意义。本文对储罐焊接变形控制方法进行了分析探讨。

关键词：储罐；焊接；变形；控制措施

一、拱顶储罐特征

拱顶储罐其罐顶为球冠状、罐体为圆柱形，并且采用不锈钢制成的容器，该类型储罐制造简单且造价低廉。具体分析，拱顶储罐结构与特征如下：

罐底：罐底由钢板采用拼装工艺制造，罐底中部的钢板为中幅板，周边的钢板为边缘板。边缘板可采用条形板，也可采用弓形板。

罐壁：罐壁采用搭接并纵向焊缝对接而成，其特点是

罐壁整体自上而下直径相同。

罐顶：罐顶有多块扇形板组对焊接而成球冠状，罐顶内侧采用扁钢制成加强筋，各个扇形板之间采用搭接焊缝，整个罐顶与罐壁板上部的角钢圈（或称锁口）焊接成一体。

二、储罐焊接过程工艺

1、罐底板的焊接

（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：边缘板外300mm焊接（在第一圈壁板安装之前焊完）→罐底中幅板焊接→边缘板焊接（待大角缝焊接完）→龟甲缝（指罐底边缘板与中幅板之间焊缝）焊接。

2、壁板对接焊缝的焊接

先焊纵焊缝，后焊环焊缝。当焊完相邻两圈壁板的纵焊缝后，再焊其间的环焊缝；先焊外侧焊缝，后焊内侧焊缝，在焊接内侧前，应清焊根（使用碳弧气刨清根并用砂轮打磨）。

壁板纵缝焊接：采用焊条电弧焊或气体保护焊工艺，分段退焊。壁板纵缝下端留出50～100mm，在环缝组对后焊接。

壁板环缝焊接：主要采用焊条电弧焊，多层多道焊。对于板厚10mm以上的环缝，也可采用埋弧自动横焊工艺，由多台焊机沿罐壁圆周对称均布，同方向施焊。自动焊前，内侧用焊条电弧焊进行封底焊接。

3、大角缝焊接

大角缝（指底圈罐壁与罐底边缘板之间角焊缝）应在壁板焊缝全部焊接完、龟甲缝焊接前进行焊接。先焊内侧焊缝，后焊外侧焊缝。

焊条电弧焊施焊时，采用分段退焊法，焊工对称均布，沿同一方向施焊；当采用自动焊时，多台焊机应沿罐圆周均布，同一方向施焊。

三、储罐焊接变形成因分析

1、焊缝在结构中的位置对变形的影响

从结构的设计上，要避免出现焊缝的不对称，否则容易造成焊接部分变形。

2、结构的刚性对焊接的影响

受到同样大小的力，刚性大的结构变形小，刚性小的结构变形大。对于刚性小的焊接结构，可通过采用胎夹具或其他临时支撑等方法，增加结构在焊接时的刚性就能达到减小焊接变形的目的。

3、装配和焊接顺序对结构变形的影响

采用先装配成整体，然后再焊接的顺序来进行。对大型油罐底板一般采取先焊横向焊缝，再焊纵向焊缝的焊接顺序来减小变形。

4、其他因素的影响变形

焊接电流、焊接速度和焊接方向对结构都有一定影响。对大多数焊接结构来说，变形随着焊接电流的增加而增加，而随焊接速度的增加而减小。不同方向的焊接会引起不同的变形情况和内应力状态。

四、储罐焊接变形预防措施

1、设计阶段焊接

合理地选择焊接的尺寸和形式焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大，因此，在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头，在保证相同的强度条件下，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属，对减小变形有利。

尽可能减少不必要的焊缝在设计焊接结构时，合理地选择筋板的形状，适当地安排筋板的位置，力求焊缝数量少，避免不必要的焊缝，从而减小焊接变形。

合理地安排焊缝位置在设计焊接结构时，安排焊缝尽可能对称于截面中性轴，或者使焊缝接近中性轴，这对于减少梁、柱等类型结构的挠曲变形有良好的效果。

2、合理的安排组装顺序

罐底中幅板焊接施工应先焊短焊缝，后分片施焊较长焊缝，最后施焊分片间的搭接焊缝；对于边缘板的对接焊缝焊接，先只焊靠外侧的焊缝300mm的部位，且在组装罐壁之前焊接；最后进行中幅板与边缘板搭接缝的焊接。

3、采用分段退焊法和跳焊法

采用分段退焊法同向施焊，钢材较厚、焊缝较长时设挡弧板，并可多人同时焊接，该焊法可减小热影响区，避免变形。同样，对于6~12mm厚钢板的长焊缝和铸铁、不锈钢、铜的焊接，可以采用跳焊法分散焊缝热量，避免或减小变形。

4、严格控制焊接线能量

焊接线能量主要影响焊缝的冲击韧性，因此焊接过程中要严格控制线能量，线能量不能过大，否则会降低焊缝的冲击韧性。决定焊接线能量的主要参数为焊接电流和电弧电压，因此宜采用小电流，比如CO2气体保护焊时焊接电流应小于300A，埋弧自动焊时焊接电流应小于600A。

5、合理选用组对间隙

设置合理的组对间隙能够调节焊缝中的热量输入，设置方法可采用添加碎焊丝。

6、采取刚性固定措施

焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。

7、机械矫正方法

尽管采取一些措施，但焊接变形仍不可避免，因此需要采取矫正措施进行补偿。机械矫正是将焊接变形的材料在尺寸较短的部分通过机械的力量作用，使其产生简单的变形，从而达到还原焊接时候的状态。

8、反变形

在焊接进行装配时，预先将工件向焊接变形相反的方向进行人为的变形。

五、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、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。

3、焊接注意事项

定位焊及工卡具的焊接应由合格焊工担任，焊接工艺应与正式焊接相同，引弧与熄弧都应在坡口内或焊道上。焊接前应检查组装质量，清除坡口两侧20mm范围内的铁锈、水分、油污等。焊接中应保证焊接质量；定位焊焊缝长度不小于50mm，多层焊接头要错开，弧坑要填满。采用碳弧气刨清根时，应修磨刨槽，磨除渗碳层。

在制造拱顶储罐的过程中，采用上述焊接变形控制措施，能够有效的防止损坏性变形问题的发生，实际的焊接变形指标能够控制在纵向小于0.2mm，环向小于0.6mm，咬边连续长度小于73mm，焊缝两侧咬边的总长度小于焊缝长度的7.5%，实现了控制拱顶储罐焊接质量的目的。

结束语

储罐焊接变形常常成为影响储罐性能的主要因素。为了解决这一问题，研究了储罐焊接变形的控制方法。给出了储罐焊接过程工艺要求，并分析了储罐焊接变形主要成因，在此基础上提出了储罐焊接变形预防措施以及焊接变形控制方法。

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