大型储罐底板的焊接方法卞宗强(齐鲁石化公司胜利炼油厂,淄博,255434)摘 要 对大型贮罐底板施工进行了全面的总结和论述。介绍了底板焊接应力分析、 底板铺设、 焊接及变形矫正的方法。关键词 焊接应力 收缩 变形以前我们施工的几个大型储罐中,储罐罐底的施工是一个相当关键的部位。因为中幅板面积 很大,钢板的厚度与长、 宽相比,尺寸相差悬殊。 这样大面积的搭接角焊缝,如果铺设和焊接顺序 安排不妥当,焊后产生较大的内应力,底板失稳就 会引起凸鼓变形。若变形后再进行修理,那就很困难,对整个工程的质量和进度都是一个很大的 影响。因此,在大型储罐底板施工中,必须予以重 视。1 焊接应力分析底板焊接后变形的主要原因是由于搭焊接焊 缝的纵向、 横向的收缩以及环形角焊纵向收缩造 成的底板变形。所以应从实际出发,拟定较好的 施工方法,使焊缝按照人们的意愿收缩,来达到防 止底板焊接变形的目的。在施工底板之前,首先 要分析焊接时产生的应力情况,确定焊接工艺,并选择适当的排板形式来满足焊接需要。现分述如 下:111 两薄板搭接角焊应力的分析 两板搭接角焊施焊时,焊接面温度高,非焊接 面温度低,温度高的一面产生压缩塑性变形较大;温度低的一面变形则较小。冷却时,沿板厚出现 不均匀的收缩,这就产生了角变形。其大小与板 的厚度有关;对于薄板来说,因为热能量传递增 快,沿厚度分布较均匀,压缩塑性变形较小。如果 在薄板搭接缝两侧外加横向水平力,两板在近似钢性固定条件下施焊,这样焊后角变形很小。此时焊缝应力很小,而横向应力对焊接变形起主导作用,如图1所示。图1 薄板搭接焊缝应力分析11111 纵向应力引起的变形电弧从板的一端施焊到另一端过程中,对薄 板进行加热,由于中间温度高的金属,受到两边温 度低的金属反作用而产生压力。当中间金属所受 压力超过屈服点时,该部位就出现了压缩塑性变 形,此时钢板中存在着压力和拉应力,并处于平衡,所以钢板就较原来伸长;当焊缝冷却时,由于 中间部分金属,在加热时产生压缩性变形的缘故, 最后的长度要比原来的短些。中间的应力与两边 的应力是相互牵制影响的,所以在焊后冷却时,中 间部分产生拉应力,而在两边金属内部产生压应力,并达到相互平衡,最终焊缝纵向产生收缩变 形,如图2所示。 由经验得知:薄板搭接连续角焊缝纵向收缩收稿日期:2000 - 05 - 08 ;修回日期:2000 - 08 - 13。 作者简介:卞宗强,男,30 ,助工,1994年毕业于抚顺石油学 院机械系,一直从事化工设备检修施工工作。机械与设备 齐 鲁石油化工,2000 ,28 ( 4) : 324326 QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图2 焊缝纵向收缩变形注:箭头表示焊接方向量为0. 20. 4mm/ m。这样纵向收缩量很小,对底板焊接影响不大,可由搭对余量来弥补。11112 横向应力引起的变形 在平行及方向相反的两外力作用下两板搭接 焊时,其施焊过程中是有先后的。先焊的一部分 焊缝,因受后焊部分对它的压缩作用,从而减低了横向拉应力的数值,而邻近焊缝区域内金属因受 热产生的膨胀,受到相邻冷金属的约束,产生压缩 塑性变形,随热源移动,各点不断重复这种过程。 冷却后,同钢杆在加热膨胀受阻时的情况相似,生 成横向收缩变形。由经验得知:对于48mm厚的钢板搭接连续角焊横向收缩量为0 . 81. 0mm/ m。 如果没有外力固定的情况下,搭接焊缝的施 焊不是在同一时间内完成的,先焊部分受到后焊 焊缝横向收缩作用,而又限制了后焊焊缝横向收 缩作用,因此在焊缝末端受到了拉应力作用,先焊部分受到压应力作用。如图3所示。总的横向应 力就是由上述两部分应力合成的结果。由于这种 横向应力作用产生的变形,即焊缝中间部分起拱 或凹下,这对底板施工是十分有害的。图3 丁字形排板示意图2 底板的排板与铺设 底板的排板是根据来料的几何尺寸对中幅板进行一次排列的。排板应满足施焊规定的条件, 使中幅板在施焊过程受热面不集中而迅速均匀将 热传递,还应满足铺设的方便、 快捷和美观。它的 一切应满足GB128j - 90要求。 国内常见的排列形式有:条形排板法,人字形排板法和丁字形排板法。比较上述3种排板方 法,则丁字形排版法较好,其优点是:(1)排板时便 于错缝,容易排列,外观整齐,美观大方; (2)能满 足施焊条件,易避免在施焊过程中应力过分集中, 并能迅速均匀地传递,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 底板的焊接311 焊接顺序的确定 要合理安排好焊接顺序,首先要分清那些焊缝施焊后能影响到底板变形。概括总结以下焊缝 容易产生底板变形:(1)最低带壁板与弓形焊缝会 引起弓形板变形;(2)中幅板与弓形板搭接角焊会 引起周向收缩;(3)弓形板对接焊缝会引起周向收 缩;(4)中幅板本身焊缝纵横方向的收缩。上述影响因素相互牵连,因此要有意识地将 底板焊接分段进行,使其都能均匀自由收缩。在 具体焊接中,其措施如下:(1)先焊中幅板错开的短焊缝,然后再焊直通的长焊缝。对于短焊缝采用分段跳焊法,先将焊道分成400mm长的小段。然后如图4所示施焊。 图4 短焊缝分段跳焊法注:箭头表示运条方向,序号表示焊接顺序。对于长焊缝则从中心向两端分成若干400500mm的小段,由2名电焊工如图5所示,从中 心向两边对称退步跳跃施焊。 图5 长焊缝分段跳焊法注:箭头表示运条方向,序号表示焊接顺序。523 第4期 卞宗强 1 大型储罐底板的焊接方法 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.(2)焊接时用小手锤锤击焊缝区释放应力。 第1遍与第2遍的焊缝应互相错开。(3)边缘板按要求铺好后,先焊接径向短焊缝外侧200mm ,焊后铲平与水平槽壁板连接部位的 焊缝。(4)罐底与底圈壁板连接部位的焊缝焊接,为了减少焊缝变形,可以数对焊工对称分布在罐内 与罐外,沿同一方向分段退焊(见图6)。我们采 取了先焊内圈再焊外圈的焊接顺序。为了防止在 焊接过程中边板翘起过大,可用角钢每隔12m沿圆周支撑罐底和罐壁;将原来与中幅板连接的 固定焊点打开,并用龙门锲铁固定。打开龙门板 和边板要有30mm以上的间隙,便于收缩。图6 罐底焊接方法(5)边缘板的径向连接焊缝,可由外到内分段退焊,由数名焊工对称施焊。 (6)最后焊边缘板与中幅板的连接缝,焊前将边缘板与中幅板之间的夹具松开,有焊接点的将 焊点打开。焊工沿圆周对称均匀分布,沿同一方向分段退焊。 另外,为了有效防止因内应力而产生的罐底 变形,在中幅板焊接完成前,留出一二道主要焊缝 不焊,为以后步骤的焊接留下充足的焊接收缩余 量。待罐底所有焊缝焊接完毕后,再进行施焊。312 合理焊接工艺的选择在实际的施焊过程中,采用的焊接工艺参数 见表1。(1)焊接电流焊接电流的大小,对焊接质量有较大影响。电流较小,电弧不稳定会造成未焊透和夹渣等缺 陷,使生产率降低;电流过大,则易产生咬边,同时 增加金属飞溅。(2)焊接速度焊接速度大小直接影响生产率和质量。应该在保证质量的前提下,采用较大焊条直径和焊接电流,以获得最大的焊接速度(如表1所示)。表1 焊接工艺参数焊 层焊接电压/ V焊接电流/ A焊接速度/ mmmin- 1焊条版号 焊条直径/ mm第一层2490120E43033. 2第二层24100120E43033. 2(3)选择合理的坡口坡口的选择在保证焊透,尽量减少填充金属,焊接变形及应力尽可能小的前提下进行选择(如图7所示)。图7 坡口形式图(4)引弧与收缩施焊收弧时,焊接时每一层焊缝首尾重叠3050mm ,使焊条与焊接平面的角度改为2025度,引弧前用焊条将1根焊条收弧处来回划数次,使焊渣划开再引弧,这样可以避免在焊接接头产生夹渣和气孔,确保接头处的焊接质量。4 结 语以上方法在炼油厂大型的储罐及气柜底板施工中都得到广泛应用,效果很好,特别在5 000m3储罐施工中,有效地防止了罐底变形。623 齐 鲁 石 油 化 工 第28卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.