大中型储罐底板焊接变形的控制

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1、大中型储罐底板焊接变形的控制通过对大中型储罐底板焊接变形产生原因的分析，结合生产实践，制订了大中型储罐控制底板焊接变形的工岂措施．施T过程中取得较好效果。关键词：大中型储罐、底板、焊接变形、控制在石化行业中立式储罐一般是由很多钢板拼接制作而成，关键的部位之一是底板，底板焊接最不易控制的是变形。其中波浪变形最常见。采用合理的焊接方法和工艺可以有效地避免应力集中，提高罐底施工质量。本文以中原油田建设集团承建的10000m3油罐底板焊接为例，对大中型储罐底板焊接变形产生的原因及控制措施进行讨论。一、概述　　10000m3储罐内径为30m，罐底边缘板材质为16MnR，厚度为10mm；罐底

2、中幅板材质为Q235-B，厚度为8mm。其化学成分和力学性能分别见表1表2。　　　　表116MnR和Q235-B钢板的化学成分％　　表216MnR和Q235-B钢板的力学性能二、焊接应力分析[1]　　底板焊接后变形的主要原因是由于搭焊接焊缝的纵向、横向的收缩以及环形角焊纵向收缩造成的底板变形。1.两薄板搭接角焊应力的分析　　两板搭接角焊施焊时，焊接面温度高，非焊接面温度低，温度高的一面产生压缩塑性变形较大。冷却时，沿板厚出现不均匀的收缩，产生了角变形。如果在薄板搭接缝两侧外加横向水平力，两板在近似钢性固定条件下施焊，这样焊后角变形很小。此时焊缝应力很小，而横向应力对焊接变形起主导

3、作用，如图1所示。　　图1薄板搭接焊缝应力分析2.纵向应力引起的变形　　电弧从板的一端施焊到另一端过程中，对薄板进行加热，由于中间温度高，受到两边温度低的金属反作用而产生压力。中间的应力与两边的应力是相互影响的，所以在焊后冷却时，中间部分产生拉应力，而在两边金属内部产生压应力，并达到相互平衡，最终焊缝纵向产生收缩变形，如图2所示。　　由经验得知：薄板搭接连续角焊缝纵向收缩量为0.2～0.4mm/m。这样纵向收缩量很小，对底板焊接影响不大，可由搭对余量来弥补。3.横向应力引起的变形　　在平行及方向相反的两外力作用下两板搭接焊时，其施焊过程中是有先后的。先焊的一部分焊缝，因受后焊部分

4、对它的压缩作用，减低了横向拉应力的数值，而邻近焊缝区域内金属因受热产生的膨胀，受到相邻冷金属的约束，产生压缩塑性变形，随热源移动，各点不断重复这种过程。冷却后，同钢杆在加热膨胀受阻时的情况相似，生成横向收缩变形。由经验得知：对于4-8mm厚的钢板搭接连续角焊横向收缩量为0.8～1.0mm/m。三、焊接变形的控制1.常见防变形措施1.1边缘板外缘300mm的焊接　　根据焊接规范要求[2]，边缘板的组对采用不等间隙，外侧先焊的部分较小，为6～7mm，内侧较大，为8～12mm，以便在先焊外侧300mm的过程中，由于焊缝的热收缩间隙归于一致，保证焊后边缘板的平整度，防止出现局部突起。1.

5、2中幅板搭接缝的焊接　　焊接顺序总的原则先焊短缝，再焊长缝，最后焊预留收缩缝，从中心向四周放射性焊接。首先使中幅板由单块焊接成两块一组，再由两块一组焊成四块一组，以此类推。相邻的焊缝不宜同时施焊，应该隔一道焊一道。手弧焊封底从中间向两端采用分段退焊法焊接，分段长度以250-300mm为宜．每层焊道的接头应错开50～100mm。1.3边缘板与中幅板之间收缩缝的焊接　　中幅板与边缘板的接口作为环向预留收缩缝在组对时不点焊固定，而采用龙门卡具和斜铁固定。焊接时先焊边缘板的径向预留缝，再焊中幅板的预留缝，最后才焊环向收缩缝。2.改进焊接工艺防变形措施　　将焊接工艺改进为CO2气体保护自动

6、焊打底、埋弧自动焊盖面，可减少和预防焊接变形。焊接变形包括角变形及弯曲变形等。2.1角变形　　若以V型坡口对接后焊接，由于焊缝截面的形状不对称(上宽下窄)，因而焊缝沿厚度方向上的横向收缩不均匀(上大下小)，引起左、右两钢板绕焊缝的轴线转动(翘起)形成角焊缝，如图2所示。如果使熔深加大，熔宽减小，那么焊缝的下部所受到的横向收缩必然要均匀得多，产生的角变形也就小。CO2气体保护焊缝的横向收缩，相比手工焊焊缝的横向收缩均匀。CO2气体保护焊加大了电流的输入，可形成大熔深、小熔宽的焊缝，达到减少角变形的目的。　　　　图4焊缝截面的形状不对称引起的角变形2.2其他　　理论上讲，平焊位置的焊

7、接，应首选埋弧焊，因为它既能保证焊接质量，又能获得较高生产率。从《焊接数据资料手册》[3]查得焊道收缩量系数k(见表3)，可知CO2气体保护焊与手工电弧焊相比，收缩量要小些，变形较小。　　表3焊道收缩系数k　　CO2气体保护自动焊打底、埋弧自动焊盖面焊接工艺的改进在理论上是完全可行的。而且CO2气体价格便宜，电能消耗少，成本低，采用自动焊可大幅提高效率，缩短施工周期，经济效益更加显著。四、结论　　我单位承建的4座10000m3和8座20000m3储罐采用了合理的焊接方法和有效的焊