对储罐底板焊接变形机理及控制措施

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1、学兔兔www.xuetutu.comE＆CTechnologyI工程技术张健飞李桂莉张嘉桐中国石油锦西石化公司辽宁葫芦岛125001摘要储罐底板焊接变形是由焊接残余应力引起的。从理论上并利用有限元方法对残余应力进行了半定量分析，给出了施工过程中控制储罐底板焊接变形的主要措施。关键词储罐底板焊接残余应力变形控制措施中图分类号TG47文献标识码B文章编号1672储罐底板焊接变形是施工过程中普遍存在的质量问题，也应变，温差消失后，焊缝内弹性应变也消失，焊缝内就不存在残是难题。储罐底板焊接变形是由焊接残余应力引起的。笔者从事余应力。工程施工二十余年，多次经历储

2、罐底板焊接变形情况。我们通过当温差应力0大于材料的屈服极限o。时，弹性应变达对罐底焊接变形机理进行分析、研究和总结，从量的角度对罐底到最大值：板焊接残余应力进行分析，使罐底板焊接变形分析提高了一个￡弹性＆=⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．(式3)层次，得到了解决这一问题的方法，应用到施工中取得了非常好此时焊缝屈服，开始产生塑性应变塑性应变值等于的效果。本文将研究结果与同行分享。总应变减去弹性应变，即：1焊接残余应力￡塑性=KAT一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．(式4)以纵向残余应力为例，说明产生焊接残余应力的机理、残余温差消失后，焊缝内弹性应变消失，但塑性应变残

3、留在焊缝应力的大小和产生焊接残余应力的温度差。内，正是这部分残余应变产生了焊接残余应力，残余应力值是：1．1产生焊接残余应力的机理o残余=￡残余E=K旺EAT—d。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(式5)按残余应力公式计算，焊缝和热影响区的残余应力都超过了材料屈服极限。1．2产生焊接残余应力的温度差焊接温差超过某一数值就开始产生焊接残余应力，由残余应力：图1焊接试板o残余-二K0【E△T—o⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(式6)如图1所示的焊接板件，焊缝边缘温度T0，焊缝温度T，焊得到产生残余应力的温差缝与边缘温度差AT=T-T。。如果焊缝没有约束，理论膨胀量。AT>-K-⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(式7)由于母材的约束阻止了焊缝膨胀，在焊缝内形成的温差应变：KTl：K0【△T按温差公式计算，温差大于120E就产生残余应力，这个温E温差一—一一一～：一一u凸1。‘⋯⋯⋯‘⋯、1，⋯⋯⋯⋯(式1)差值可能小于经验预料。式中：K(K<1)一阻止系数1．3有限元分析由于母材不是刚性的，不能完全阻止焊缝的膨胀。温差应变在没有实验条件的情况下，有限元法分析结果是最精确在焊缝内形成温差应力：的，可以验证理论的正确性。例如Q235B板，温度从20oc升到o温差=￡温差E=KO【EAT⋯’⋯_⋯·⋯⋯··_·⋯⋯·。(式2)300~C，再降到20~

5、C，进行有限元分析。当温差应力o差小于材料的屈服极限o时，应变是弹性(1)建立分析模型(如图2)。74l石油化工建设2o13．03学兔兔www.xuetutu.com图5释放横向力后的横向位移图6是用有限元法模拟的横向焊接残余应力在焊缝中的分布情况。图2有限元分析模型(2)对模型进行单元格划分(如图3)。图3单元格划分图图6由纵向收缩引起的横向应力(3)在焊道和焊道边缘上加载温度分布。2．2横向收缩引起的横向应力(4)进行有限元计算、分析(如图4)。分析结果纵向残余应由横向收缩引起的横向残余应力与焊接顺序和方向有关。力是224MPa，理论值应该是235

6、MPa，误差4．7％。由于熔池的冷却收缩作用，在焊接过程中，先焊的部分横向受模型名称：储罐底焊接板压，后焊的部分横向受拉。如果采用合理的焊接顺序和焊接方向控例名称：控例1圈角类型：静态节应力应力’变形比例：1会减小这部分横向应力。例如，经常采用的分段退焊工艺，就是压缩体积=9447％使后段焊缝的后焊部分与前段焊缝的先焊部分连接，后段焊缝后焊部分的横向拉应力与前段焊缝先焊部分的横向压应力抵消舟舳酬一嘲粕mmm巩=享=芸纛123,421：．528一～撕呲枷Ⅲ蚧照¨¨私“撼髓“蛞舱鸵0。。。00一部分。由于横向收缩引起的横向应力存在，施工中会出现越向哺嘶"㈣

7、后焊间隙越小的情况。3弯曲力弯曲力是由坡口形状和焊缝余高引起的，目前还没有资料--268．110．608．i介绍，从图7可以看到“V”型坡口下小上大，再加上焊缝余高，焊缝断面的型心在板的中分面上方，焊缝的残余拉应力使板两端上翘，如图8所示。这是板变形的重要因素，从防变形角度出图4有限元分析结果发，在满足工艺要求下，坡口越小越好，间隙越小越好，余高越小2焊缝中的横向应力越好，最好打磨平整。横向应力是由焊缝纵向收缩引起的横向应力和焊缝横向收缩引起的横向力组成的。2．1纵向收缩引起的横向应力将两块焊接在一起的长坂沿焊缝中心纵向剖开，板向焊缝图7焊口断面图侧弯

8、曲，实验表明在焊缝中存在由纵向收缩引起的横向应力。图另一方面，由于焊缝断面横向收缩不均匀，上火