立式储罐安装中的焊接变形控制探讨

韩嘉文

（大庆油田工程建设有限公司化建公司，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

立式储罐安装施工过程中，焊接作业会导致局部不均匀压缩塑性变形。焊接冷却后又会产生焊接应力和变形，立式储罐的使用安全和寿命与焊接质量有着直接的关系。立式储罐安装焊接变形主要分为弯曲变形、收缩变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。立式储罐不同位置焊接过程中会出现不同的焊接变形，底板焊接变形主要是波浪变形和收缩变形，角缝焊接变形主要是弯曲变形和角变形，浮顶搭接缝焊接变形主要是波浪变形和弯曲变形。

1 焊接应力及变形分析

1.1 应力的产生

立式储罐安装焊接过程中内部会产生不均匀的温度，受到热纵向膨胀影响，焊缝因为平截面规律受相邻较低温度区刚性约束，刚才因为屈服极限造成焊接应力，发生塑性变形。产生的焊接变形、焊接接头疲劳开裂主要是因为焊接分布不均匀，应力集中导致的，所以立式储罐的安装焊接过程中要控制焊接应力，避免出现焊接变形[1]。

1.2 应力分类及变形分析

焊接应力分为横向焊接应力、纵向焊接应力、厚度方向焊接应力三种类型，纵向收缩焊缝中部在焊接时会产生横向的拉应力，焊接一定要按照一定的顺序进行。

2 焊前控制措施

（1）设计措施：采取科学合理的焊缝形状和尺寸，尽量减小焊接尺寸和数量，科学合理的安排焊缝的位置，焊缝采取对称排列；

（2）确定预制精度：避免安装过程中，储罐使用的预制板材误差太大，误差过大就会造成板材的强力组对，造成板材发生塑性变形，一定要按照相关的要求进行板材的组对。

3 焊接控制措施

我们经常使用刚性固定法和反变形法降低焊接变形。

焊接工艺：尽量使用二氧化碳保护焊、埋弧自动焊等能量比较集中的焊接方法。

安装、焊接顺序：立式储罐的安装、焊接顺序和焊接变形有着极大的关系，因此需要采取科学合理的焊接顺序。

3.1 罐底板焊接变形的控制

（1）罐底边缘板焊接变形的控制

设计措施：罐底边缘板焊缝间隙采取外小内大的组对方式，外侧间隙为8～10mm，内侧间隙为13到15mm。

反变形措施：焊接前可以在焊缝下方放置一块10到20mm的方垫，用来抵消横向收缩引起的弯曲变形。

钢性固定法：为了防止焊接变形，在边缘板外侧加装钢性拘束；

（2）中幅板焊接变形的控制

中幅板因为厚度较小一般采取的是对接，焊接时产生的入热比较大，造成焊接变形比较大，最大时能够达到200到300mm。底板焊接时主要发生的变形为波浪变形和翘曲变形。首先采取科学合理的组装顺序，中幅板在焊接时一定要遵守相关的焊接流程，留有焊接余量，先焊接的焊缝组对间隙留缝，后焊接的焊缝要留出焊接余量，避免后焊接的焊缝过大，产生焊接变形。中幅板需要在组对时进行点焊，底板和垫板在点焊时保持紧贴，间隙不能超过1mm，点焊一般采用间隔200mm焊接50mm的方式，点焊后的板和设计图版要保持一致。然后采用钢性固定法，在焊接通道板长焊缝时，需要采用钢性固定法，在焊缝一侧500mm位置点焊重型型钢防止焊接变形。最后选择科学合理的焊接顺序和焊接工艺，焊接顺序和焊接工艺直接影响储罐底板安装外观成型的质量，一般采取罐底自由收缩法焊接，避免焊接变形，根据实际焊接情况选择合适的焊接工艺和焊接顺序[2]。

中幅板的焊接一般按照先焊接中幅长板、再焊接边缘小板，先焊接短焊缝、再焊接长焊缝的隔缝焊接法，最后在使用埋弧自动焊机焊接成型。焊接时可以选择交替进行，底板两端的焊接收缩方向相反，收缩量可以互相弥补，避免变形量过大。龟甲缝最后进行焊接，焊接龟甲缝时能够产生横向收缩，抵消中幅板产生的变形量。

3.2 罐壁板焊接变形的控制

（1）罐壁纵焊缝焊接变形的控制

罐壁的纵焊缝如果δ＜24mm时需要使用双面坡口，如果δ≥24mm，可以采取单面坡口，一般选择二氧化碳气体保护焊焊接，单面坡口单面焊接双面成型。壁板弧度预制是控制纵焊缝变形的关键因素。

采用反变形法：焊接内侧坡口时，需要预先预留内侧凹2～3mm，焊接外口时需要预先留凸2到3毫米，抵消焊接变形。

采用钢性固定法：龙门卡具和弧形板设置在纵缝外侧，对口间隙通过龙门卡具进行调节，同时预防纵向收缩，角变形和纵向收缩通过弧形板进行控制；

（2）罐壁横焊缝焊接变形的控制

如果采取脚手架配合行走小车焊接施工，先焊接内侧，再焊接外侧，壁板横缝为双面坡口。控制变形的方法有：

设计措施：壁板横缝截面一定要设计为最小尺寸的双面坡口。

工艺措施：使用刚性固定法，设计背杠，有效控制壁板变形。

选择科学合理的焊接顺序和焊接工艺：采用多层多道焊接壁板横缝，焊接时沿着同一方向焊接。采用砂轮机进行背部清根处理，降低壁板的变形量。

3.3 大角缝焊接变形的控制

储罐受力中大角缝是关键，内外大角缝都需要用手工焊接，内侧焊接五遍，外侧焊接四遍，最后在用埋弧自动焊焊接3到4遍。大角缝角变形会因为填充金属越多变形量越大，用[18槽钢作为焊接内大角缝时的支撑，每1.5m一根，环形边缘板要向上翘起[3]。

3.4 对浮顶单盘焊接变形的控制

浮顶单盘焊接变形主要为波浪变形，一般采取拘束收缩发降低波浪变形量。

单盘的钢性固定：单盘和台架在浮顶单盘铺设完成后进行点焊连接，通过加强角钢之间的间断焊和单盘板背面的间断焊将单盘焊接成整个的一个整体。

焊缝的钢性固定：将[18槽钢沿着焊接一侧焊缝长度方向进行钢性固定，防止焊接变形。

焊接顺序：单盘板正面满焊需要在全部焊接完成后进行，从内向外焊接，分成5到6个同心圆，焊接速度保持一致。

4 结束语

我们在对立式储罐的安装时降低组对误差，板材的预制时控制好精度，选择科学合理的焊接工艺和焊接顺序，进行适当的加固措施，就能有效的控制立式储罐暗转焊接中的变形问题。