在储罐施工过程中, 焊接作业会导致局部不均匀压缩塑性变形。在冷却后又产生应力和变形。焊接变形严重影响到储罐的使用安全和寿命。焊接变形主要有:收缩变形、弯曲变形、角变形、扭曲变形和波浪变形五种。
储罐焊接中主要部位的焊接变形会不同, 如:底板对接焊缝主要是收缩变形和波浪变形, 大角缝主要是角变形和弯曲变形, 浮顶搭接缝主要是弯曲变形和波浪变形。
焊缝尺寸和形状要合理, 焊缝尺寸要最小, 减少焊缝数量, 合理安排焊缝位置, 尽量采用对称焊缝。
储罐所用板材的预制误差过大, 在安装时就要强力组对, 会使板材产生塑性变形。所以要严格按照GBJ128-90《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》要求进行。
采用反变形法和钢性固定法可减少和限制焊接变形。
焊接工艺:尽量采取能量比较集中的焊接方法, 如CO2保护焊、埋弧自动焊等。
安装、焊接顺序:储罐变形大小与安装、焊接顺序有极大的关系, 所以顺序要合理。
下面就中石油某油库10万立方成品油储罐安装焊接变形进行分析, 提出控制措施。
储罐边缘板厚21mm (SPV490Q) , 中幅板厚12mm (Q235) , 罐底所有焊缝采用带垫板的对接形式。
设计措施:罐底边缘板焊缝采用外小内大的组对间隙, 外侧8-10mm, 内侧13-15mm。
反变形措施:对接焊缝焊接因横向收缩而引起弯曲变形, 焊接前在焊缝正下方垫高10mm-20mm可与焊接变形基本抵消, 如图一。
钢性固定法:将边缘板外加钢性拘束 (双组合龙门卡具) 限制焊接变形。
中幅板采用对接焊缝, 厚度相对较小, 采用的焊接工艺入热较大, 焊接变形较大, 焊接变形能达到200mm-300mm。底板焊接变形主要为翘曲变形和波浪变形。
(1) 采用合理的组装顺序。中幅板铺设时应按照焊接顺序预留收缩余量, 即先焊的焊缝按照组对间隙留缝, 后焊的焊缝预留收缩余量 (约1mm-2mm) , 以防止后焊焊缝间隙过大, 加大焊接变形。中幅板边组对边点焊, 点焊时底板与垫板要紧贴, 间隙控制在1mm以下;点焊方式采用隔200mm焊50mm的方法, 点焊后该板所处位置要与排版图相符合。
(2) 采用钢性固定法。在焊缝一侧500mm处点焊重型型钢以限制焊接变形, 该方法通常只在焊接通道板长焊缝时采用。
(3) 选用合理的焊接顺序和焊接工艺。罐底板安装外观成型质量好坏关键在焊接工艺和焊接顺序的控制。为了控制焊接变形, 罐底焊接采用自由收缩法, 并选用合理的焊接顺序和焊接工艺。
中幅板焊接采用隔缝施焊法, 先焊中幅长板, 后焊边缘小板, 先焊短焊缝, 后焊长焊缝, 最后采用埋弧自动焊机一次焊接成型。如图二所示, 在焊接中幅板时, 应分区进行焊接。先焊A、B区, 再焊C、D区, 然后E、F、G、H区, 再焊区与区之间的长焊缝。焊接各区时, 应按图中所示的焊接顺序进行。若焊接方向交替进行, 可使底板两端收缩方向相反, 其收缩量可互相弥补, 而不致引起较大变形。
龟甲缝在最后焊接, 是为了利用焊接龟甲缝时产生的横向收缩 (约2mm) 消除焊接中幅板时产生的变形。收缩2mm可以消除中幅板在10m范围内100mm弧高的变形。
通过以上措施罐底变形得到有效控制, 局部凹凸度符合规范要求, 最大处不超过40mm。
罐壁纵焊缝当δ>24mm时采用双面坡口, 当δ≤24mm时采用单面坡口, 焊接采用CO2气体保护焊, 单面坡口为单面焊双面成型。纵焊缝的焊接变形关键在壁板弧度预制。
(1) 采用反变形法:坡口在内侧时, 焊接在内口, 组对时预先向内侧凹2mm-3mm, 在外口时, 应预先向外凸2mm-3mm, 抵消焊接变形。
(2) 采用钢性固定法:在纵缝外侧设组合龙门卡具和弧型板, 组合龙门卡具主要起调节对口间隙的作用还可防止纵向收缩, 弧型板对防止角变形和纵向收缩有很好的作用。
该储罐采用外满堂红脚手架配合行走小车正装法施工, 壁板横缝均为双面坡口, 组对在外壁, 先焊内侧, 再焊外侧。控制焊缝焊接变形的方法:
(1) 设计措施:壁板横缝设计为截面尺寸最小的双面坡口。
(2) 工艺措施:采用钢性固定法:沿罐壁圆周设立背杠, 背杠有拘束作用, 可阻止壁板变形。
选用合适的焊接工艺和焊接顺序:壁板横缝焊接采用多层多道焊, 焊接时4台焊机均布沿同一方向施焊。背部清根时, 采用砂轮机清理, 避免重复加热, 减小壁板变形。为了控制变形, 壁板横缝坡口采用不等边坡口, 保证双面焊接受热一致, 减小变形。
储罐的大角缝是受力的关键部位, 内外大角缝用手工焊外侧4遍, 内侧5遍, 用自动埋弧焊要焊3—4遍。填充金属越多, 大角缝角变形就越大。焊接内大角缝时, 用18#槽钢作支撑, 槽钢沿圆周每1.5mm一根, 环形边缘板要向上翘起。
浮顶单盘板厚为4.5mm, 主要为波浪变形。采用“拘束收缩法”工艺减小波浪变形。
对单盘的钢性固定:浮顶单盘铺设完毕后, 单盘和台架点焊连接, 单盘板背面的间断焊及单盘与加强角钢之间的间断焊, 将整个单盘固定成一个整体。
对焊缝的钢性固定:在要焊接一侧150mm处沿焊缝长度方向点焊一18#槽钢进行钢性固定, 来限制焊接变形。
焊接顺序:全部焊完后进行单盘板正面满焊, 分成5~6个同心圆, 由里往外隔缝焊接, 速度要一致。
我们若在预制时控制好板材的预制精度, 在安装时减少组对误差, 在焊接时必须选择正确的焊接顺序和进行适当的加固措施, 在储罐施工中就在可能大大减少储罐的焊接变形。
摘要：本文根据大型石油储罐的施工经验, 对立式圆筒形钢制焊接储罐安装过程中的焊接变形问题进行分析, 并提出具体的控制方法和措施。
关键词：立式储罐,焊接变形,控制
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