浅谈中小型立式圆筒钢制储罐壁板焊接变形的控制

胡庆利

摘 要：根据立式钢制储罐在焊接过程中易产生焊接变形的现象，分析了焊接变形的原因，提出了控制焊接变形的措施，以有效保证工程施工中的焊接质量与成型，确保了储罐的合规性。

关键词：立式钢制储罐；壁板；焊接工艺；变形；控制

近年来，随着民航工业的迅速发展，配套中国航油事业也在高速发展中。根据航空煤油的特点，中国航油储罐一般为中小型立式圆筒钢制储罐，而航煤储罐常采用6～12mm厚薄壁型钢板。通常板厚小于12mm的储罐我们称之为薄壁储罐。由于薄壁储罐钢板厚度薄，刚度小，直径大，焊缝长，在焊接热循环作用下，焊缝纵向收缩量大，加之其他原因，在焊接制作安装过程最易出现变形。本文我们主要论证薄壁板变形分析与控制、改进措施。

1 变形分析

立式圆筒形储罐的变形主要由焊接变形导致。由于薄板在焊接过程中受热变形比较大，所以薄壁板储罐的焊接变形更为明显和难以控制。焊接变形是由于钢板在焊接过程受热不均匀，引起钢板不均匀膨胀和收缩，产生向外压应力，受周围金属挤压，在焊缝逐渐冷却过程中使得内应力无法释放，产生朔性变形。温差越大，产生的应力就越大，压缩塑性变形量也就越大。焊接变形主要是焊接热应力作用的结果。

2 壁板纵缝的焊接控制

壁板纵缝的变形主要有两种，一种是焊缝外凸，一种是内凹，又极易出现在角焊缝处。纵缝的变形对壁板的凹凸度产生极大影响。可采取以下措施：

2.1 卷板预制过程中控制

由于卷板机的精准度不一致，导致壁板边缘弧度与整体圆度有误差，这样组装时必须进行强行组对，进而引起现场壁板组对焊接时会产生较大应力存在。所以壁板组装时尽可能保证壁板边缘的弧度与整体一致。

2.2 纵缝焊接控制

由于纵缝内侧可采用弧板钢性固定，宜先焊接外侧焊道，第一层焊道焊接采用分段退焊或跳焊方法，且焊接电流不宜过大，焊接速度不宜过快。焊接过程中，留出100～200mm不焊，待环焊缝焊接时再施焊。

2.3 应力释放控制

由于壁板纵缝一般为横向应力，宜留出一道纵缝为活口不焊，待全部纵缝焊接完成并将应力全部释放后，在进行最后一道纵缝焊接。最后一条纵缝锁定时，测量周长，较少误差，焊接时必须采用不少于三条弧板加固同时注意T字缝处焊接速度，避免焊接应力较大产生变形。

3 壁板环缝的焊接控制

壁板環焊缝的焊接变形主要为角变形，由于焊接应力和焊接热收缩影响，在焊接壁板外侧环焊缝时，由于角变形，上圈壁板向外倾斜；在焊接壁板内侧环焊缝时，由于角变形，上圈壁板向内倾斜。如果壁板向内侧倾斜数值大于或小于外侧数值时，壁板垂直度就达不到标准要求，影响储罐的正常使用。控制焊接角变形的主要措施为：焊接工艺与内侧焊道清根量大小确定和控制。

3.1 壁板组装及钢性固定

由于航煤储罐常有6mm厚且宽度小于1m钢板，环焊缝焊接时变形极大。要求坡口钝边控制在2～3mm，组对间隙2～3mm。并对焊缝两侧采用不小于1m长背杠进行钢性固定，防止焊接应力不均匀释放，且背杠与壁板接触面要光滑，不得留有间隙。

3.2 焊接工艺控制

焊接环焊缝时，各焊工要有人统一协调，做到分部均匀，方向、施焊速度焊道数都一致；要在整圈壁板全部组装完成后，定位焊均匀分布并焊接完后，各焊工开始焊接。焊接方式宜先外侧焊接，采用分段退焊或者跳焊。焊接过程中不宜一次焊接完成，这样由于快速焊接导致焊接应力不能及时释放而引起外凸或内凹，导致罐壁垂直度不符合规范要求。待每一层焊道焊接完后，在进行第二层焊道焊接。由于航煤储罐焊接质量要求高，内侧焊道焊接时要进行清根处理，一般进行砂轮机到处理。如果打磨达不到焊接要求时，采用的碳弧气刨进行清根，碳棒直径不宜大，针对6～10mm钢板宜采用ф4mm进行清根。清根深度控制在3～4mm左右。

3.3 焊接变形处理

由于壁板较窄，仍会出现壁板环焊缝变形情况，这时需要对变形进行处理。当变形较小时，采用预热法，锤击焊缝等；当变形较大时，焊缝外凸对内侧进行碳弧气刨，焊缝内凹则进行外侧碳弧气刨处理，进行应力释放，待壁板组对符合要求时再进行焊接。

4 壁板组底板焊接时变形控制

罐壁板起落前，现用脚块进行位置固定，减少尺寸误差，保证底圈壁板圆度。要及时对储罐直径进行复核测量，进一步减少误差。焊接角焊缝时，遵循先内后外的原则，由多名焊工均匀分布、向同一方向、同一焊道匀速焊接，宜采用分段退焊或跳焊方法。焊接速度不宜过快。

5 罐壁板组装时减少误差措施

在减少焊接变形时，也要加强组装误差减少，例如胀圈弧度误差控制在最小、与罐壁板间隙误差尽量消除，临时钢性固定的背杠平整度要尽量小、保证与壁板垂直紧贴。组装完后的垂直度误差尽量控制在3mm以内，甚至更少（规范要求每圈壁板的垂直度为0.3%）。罐壁板圆度保持与圆周一直，尤其在堆放放置于胎具上、吊装围板吊绳要长度要等长。马凳高度要在同一水平面上，保持壁板上平口的水平度。

6 结语

在罐壁板施工过程中，一定要熟练掌握焊接工艺，采用合理的焊接方法及控制措施，以减少和消除焊接后残余应力和变形。在实践中不断积累、总结焊接与施工经验，综合分析考虑各种因素，在正确的焊接工艺条件下，高精度预制钢板尺寸和正确的焊接工艺是控制壁板应力消除和减少变形的可靠手段，这样才能有效保证工程施工中的焊接质量和储罐制作质量。

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