如何控制大型储罐底板的焊接变形

如何控制大型储罐底板的焊接变形

(大庆油田工程建设有限公司 工程公司，黑龙江 大庆 163000)

[摘 要]通过对大型储罐底板焊接变形产生的原因的分析，提出大型储罐底板焊接过程中控制变形的措施。 [关键词]储罐底板；焊接；变形；控制

[中图分类号]TH [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2011)02-0171-02

沈风林，陈金雷，王庆国

How to Control the Welding Deformation of Large Storage Tank Bottom

Shen Fenglin, Chen Jinlei, Wang Qingguo

(Constrution Engineering Company of Daqing Oilfield Limited Company, Daqing 163000, China)

Abstract: Through the analysis of the bottom of large storage tank welding caused deformation, a large tank bottom during welding deformation control measures was proposed.

Keywords: tank bottom；welding；deformation；control

大型储罐在石油化工装置中是不可或缺的设备之一，罐底板是整个储罐受力最大的部位，而罐底严重的焊接变形会降低储罐的承载能力及稳定性，罐底由多块中幅板和边缘板焊接而成，焊缝数量多，焊接应力大，易产生焊接变形。因此分析焊接变形的机理及各种影响因素，掌握其变化规律并采取有效的控制底板变形的措施，确保罐底安装质量，是储罐制作的重要环节。文章以长庆油田第六采油厂油坊庄储备库10×104 m3油罐为例，对罐底板焊接变形产生原因和防止变形进行讨论。

1 罐底板焊接变形原因分析

焊接变形的产生，从根本上说是因为焊接热过程中温度在构件上分布极不均匀，造成高温区域(焊缝处及焊缝的焊接侧)冷却后产生的收缩量大，低温区域收缩量小，这种不平衡的收缩导致了构件形状的改变。对于某种具体结构，其最终的变形与焊接的位置及焊接本身的收缩量有关，此外焊接过程中还会产生呈一定规律分布的内应力，其存在也会影响到构件的变形。由此可见，为了控制焊接变形，一方面要增加焊接时构件的刚度或外界对构件的约束，另一方面更要设法降低焊接温度场的不均匀程度，以减小变形的驱动力。

焊接变形大致可以分为七类：纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、挠曲变形、波浪变形、错边变形、扭曲变形。对于大型储罐底板的焊接变形主要是波浪变形和角变形两种。

角变形：发生在堆焊、对接、搭接和丁字接头的焊接时，其根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布造成。

1412111098763211317181516焊缝的正面变形大，背面变形小。这样就构成构件平面的偏转。在对接焊接时，由于焊接接头上部和下部融覆的金属不等，而产生横向收缩量的差异造成角变形；在堆焊时，堆焊的高温区金属的热膨胀由于受到附近温度较底金属的阻碍，而受到挤压，产生压缩塑性变形；在进行大脚缝焊接时，对于不开坡口的脚接头就相当于坡口角度为90°的对接接头的情况，而开坡口的丁字接头就相当于堆焊情况。

波浪变形：薄板在焊接后在平板中存在内应力，一般情况下在焊缝附近为拉应力，离开焊缝较远的区域为压应力。在压应力的作用下，薄板可能失稳，产生波浪变形。对于大型储罐底板来说，边缘板因厚度较大，焊缝长度比较短，对于中幅板来说，如果中幅板在焊接过程中受外力不能自由收缩，通长焊缝焊接无刚性固定等情况下，使焊缝处发生上下凹凸变形，焊缝两侧板内发生的波浪变形与之叠加，整个罐底在局部拱起达几十毫米，将超出GB50128罐底局部凹凸变形不得超过50 mm的要求。

2 10万立油罐底板的结构及焊接工艺

10万立储罐底板由弓形边缘板和中幅板组成，边缘板为弓形结构，中幅板为多块板拼成的多边形平板结构，边缘板和中幅板之间通过龟甲缝焊接在一起，构成整个底板。底板与壁板通过大脚缝焊接。边缘板材质为12MnNiVR，中幅板材质为Q235-B，底板结构见图1。焊接型式为带垫板的对接焊接型式。

90°43480180°0°270°图1 储罐底板结构

Fig.1 Structure of tank bottom slab

[收稿日期] 2010-11-23

[作者简介] 沈风林(1981-)，男，江苏盐城人，本科，工程师，主要从事油田地面产能建设。

广 东 化 工 2011年 第2期 · 172 · www.gdchem.com 第38卷 总第214期 焊接型式为带垫板的对接焊接型式，焊接工艺采用CO2气体保护焊打底+埋弧自动焊填充、盖面的焊接形式。

打底：CHT711 Ф1.2 mm二保焊丝。

填充、盖面：碎焊丝HO8A Ф1.0 mm；埋弧CHF431- HO8MnA；焊剂：HJ431。

缘板和中幅板的预制尺寸必须符合设计要求。

中幅板的周边小板切割采用半自动切割机，与边缘板搭接的一边考虑到焊缝的收缩变形，多预留100 mm，待焊接龟甲缝前下料切割。

从图1所示10万立罐底板焊缝排布方式来看，对接焊缝包括短缝和通长缝，如果先焊通长缝，焊后刚度会阻碍短缝焊接收缩而引起内应力。因而先将短焊缝焊完，再焊接中幅板之间的直通缝。龟甲缝和大角缝都是环焊缝，其收缩的结果相当于施加给内部区域一个均布的压应力，而在这种压应力作用下，将可能造成底板中部区域上凸变形。焊接过程中应当尽量减小对收缩的约束，尤其是大角缝焊接，必须在内部刚度下焊接，原因是其周长很长，并且其总收缩量为自身纵向收缩与横向收缩之和。所以在完成大角缝焊接后，方可进行龟甲缝的焊接。经过以上分析储罐底板原则上采取以下焊接顺序。

3.3 合理的焊接顺序

3 控制变形的措施

底板的排版是根据来料的几何尺寸对中幅板进行一次排列的。国内常见的排列方式有：条形排版法、人字形排板法和丁字型排版法。经过对比，本工程选用丁字型排板法。其优点为：(1)排版时便于错峰，容易排列；(2)能够满足施焊条件，易避免使中幅板在焊接中应力过分集中，并能迅速均匀的传递应力，从而克服中幅板焊后沿纵横方向收缩而使底板发生凹拱现象。

3.1 选用合理的排板形式

预制质量是影响罐底板成型的关键因素，在预制过程中边

中幅板短缝 通长缝 边缘板外侧300 mm对接缝 大角缝 边缘板剩余焊缝 龟甲缝

通长缝焊接时，以中心为界，将通长缝分为两段对称焊接，却后再进行拆除；大角缝焊接前用12#槽钢(见图2)以与底板大角缝和龟甲缝焊接时将焊道均分为N段，由N名焊工同时成对45°夹角焊在壁板与边缘板之间，使壁板与边缘板成刚性同向对称焊接。使用这种方式焊接，一方面可以减少一次焊接固定，限定底板翘起变形，从而减少大角缝的角变形；边缘板长度，减少焊后变形；另一方面可以通过对称焊接，抵消焊接焊接时，在垫板下安装楔铁的办法，使反变形角度控制在5~8°过程中产生的焊接应力，最终达到控制焊接变形的目的。 的范围内，当环境温度高，对接焊缝间隙小，厚度大，反变形

较小，反之，反变形较大。这是为了补偿焊缝的角向收缩，控3.4刚性固定及反变形措施

制角变形；龟甲缝点焊时，用龙门板刚性固定防止焊接变形。 通过增加构件的刚度也是控制变形的重要措施，中幅板在

焊接前可以用刚性固定法，比如对焊缝两侧用背杠加固，待冷

壁板斜支撑防变形卡具边缘板大头楔子边缘板中幅板3.2 控制底板预制质量

图2 刚性反变形措施

Fig.2 Anti-rigid deformation measures

3.5 其他控制变形措施 大型储罐底板焊接变形虽然很容易发生，但只要采取合理

(1)在保证焊接质量的前提下，尽量采用较低的焊接电流，的焊接工艺措施，是可以有效控制，保证底板的焊接质量的。 较小的坡口间隙和角度，较快的焊接速度。减少焊接截面积， 降低焊接线能量，从而减少变形和应力。 参考文献

(2)在焊接后，沿焊缝及其热影响区用锤锻打，锤击方向[1]GB50128-2005，立式圆筒形焊接油罐施工及验收规范[S]． 由外向内，锤击点由外向内逐渐减少，这样有利于伸长，减小[2]陈祝年．焊接工程师手册[M]．北京：北京工业出版社，2001，1． 内应力。

(3)所有焊工经过考试合格后持证上岗。 (本文文献格式：沈风林，陈金雷，王庆国．如何控制大型储

罐底板的焊接变形[J]．2011，38(2)：171-172)4 结论