浅谈30万立煤气柜柜底板安装及焊接变形控制

摘要：在大型储气柜安装过程中，柜底板的安装质量是整个储气柜安装质量的基础。而在柜底板的焊接过程中焊接变形是影响整个柜体质量的关键环节。以湖南华菱湘潭钢铁有限公司300000m3高炉煤气柜为例浅析大型储气柜柜底安装及焊接变形控制。

关键词：柜底板 焊接 变形 控制

中图分类号：TF526+.4 文献标识码：A

绪论：湖南华菱湘潭钢铁有限公司300000m3高炉煤气柜工程是稀油密封圆形干式高炉煤气柜。柜体为钢制薄板圆筒柜形。焊接应力和变形在焊接气柜底板过程中是影响整体施工质量的关键环节。

焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多：

焊接工艺因素都会对焊接变形产生影响。例如：焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接夹具的应用等。在各种工艺因素中，焊接顺序对焊接变形的影响较为显著，一般情况下，合理的焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。

拼装焊接过程中由于焊接引起不均匀的温度场造成拉应力达到材料的屈服极限,使局部区域产生塑性变形，因此产生大量的残余应力,当温度回到原始的均匀状态后,拉应力仍然残留在整个结构中，这种拉应力在不同区域、不同板厚、不同深度不尽相同,因而产生变形。所以在焊缝的不同位置产生的应力不同，不同的焊缝所处的位置、外部环境不同,高温下体积膨胀量受到约束,冷却后塑性变形也不同,残余应力也不同,这种在焊缝不同位置产生应力分布不均匀的情况导致应力集中。应力集中是产生焊接变形、焊接接头疲劳开裂和应力腐蚀的主要原因,因此在焊接过程中要严格控制焊接应力。

一、30万m3稀油密封圆形干式煤气柜柜底板敷设焊接

1、按施工图要求参照制作的排板图（中幅板可以在拼装台上进行扩大单元的拼装），由中心向四周呈放射形敷设，接口搭接及对接部位一律用刀形卡具及楔铁夹紧固定。底板敷设前要将底面油漆涂刷干燥完毕，翻过来再往基础上敷设。

2、中心底板敷设前，按施工图在柜基础上放出十字中心定位线，然后敷设十字中心定位板，其它板以十字定位板为基准，展开敷设。

3、边环板敷设前，放好定位线，整体敷设后定位焊接。中心底板与边环板之间的焊缝做为底板的收缩焊缝，待两部分焊接完后，最后进行焊接。

二、焊接工艺

1、焊接方法

侧板内外侧纵、环缝焊接采用CO2气体保护焊，其余结构的连接采用手工电弧焊,包括柜底板、活塞梁、活塞板、柜顶梁、柜顶板、侧板T形肋等。

2、焊接材料

手工焊的焊条采用国标《碳钢焊条》（GB/T5117-1995）中的E4315（用于侧板与立柱外侧连接焊缝、筒体、柜顶，活塞等主要构件）；E4303（用于次要构件）。CO2气体保护焊用于侧板与侧板，侧板与立柱的内侧连接，采用ER50-6或H08MnSiA焊丝。

3、焊接材料的保管

焊条、焊丝必须存放在现场的专用仓库内，焊条要分类保管，不准混放，库内应通风良好，空气相对湿度不大于60%，并设专人保管。

4、焊接材料的使用

（1）酸性焊条和碱性焊条要按各自的说明书要求的温度进行烘干，不得同时装在一个干燥箱内，碱性焊条重复烘干的次数不准超过二次。焊条发放、回收等执行相关标准。

（2）焊条在搬运和使用过程中应防损坏，出现下列情况时，不得使用。

① 药皮出现龟裂，剥离的焊条；

② 污损、生锈、受潮的焊条；

③ 药皮偏心率大于3%的焊条。

（3）焊丝宜采用表面镀铜焊丝使用前应清除浮锈、油污。

5、焊接设备

（1）气体保护焊机采用NBC-500气体保护焊机，FS10-100送丝机；

（2）手工电弧焊采用ZDF400逆变电源和BX-500交流弧焊电源。

（3）现场配套空压机，用碳弧气刨进行焊缝清根处理。

6、施焊的气象条件

（1）施焊时，如出现下列气象条件者，应采取防护措施遮挡焊接区域，如不采取防护措施应停止施焊作业。

① 雨雪天气：

② 气象风速大于5级；

③ 相对湿度大于90%。

7、焊接前焊口的清理

施焊前，必须用钢丝刷、棉布等工具，认真清理焊口处的油污、水份、氧化皮和油漆等污物。清理干净后方可施焊。

8、焊工资格

施焊人员必须持有相应项目的焊工合格证，不得无证上岗。

9、定位焊的要求

定位焊的间距200-300mm，焊缝长度30-40mm，对于柜底板、活塞板、柜顶板、等薄板结构要在确认装配合格后进行定位焊（利用夹具等夹紧后），焊接与正式焊接质量相同，但要采用直径较小的焊条，定位焊的高度不宜超过设计焊缝高度的2/3。

10、焊接规范选择

（1）手工电弧焊

手工电弧焊规范参数

（2）CO2气体保护焊所用的气瓶上必须装有预热器和流量计，气体的纯度不得低于99.5%。使用前做放水处理。当气瓶内的压力低于1.0MPa时,应停止使用。气体流量宜控制在10-25L/min。

（3）CO2气体保护焊的焊接电源必须采用直流反接，焊接参数：

CO2气体保护焊规范参数

11、施焊原则

（1）根据柜体构造形式，确定焊接程序和分区划分，对称布置焊工。

（2）长焊缝采用分段、对称、跳焊（或反向退焊）法施焊。

（3）按规范参数进行施焊，定位焊时应预先检查焊缝坡囗尺寸，间隔200～300mm点焊固定。

（4）一般焊接应严格遵守先焊短缝后焊长缝，先焊里面后焊外面，先焊成局部后再焊成整体的程序。

（5）每段焊缝均要从中心向左右两侧施焊。

（6）多层焊缝层间温度应控制在75～150℃之间。

三、柜底板焊接

（1）底板分成A、B、C、D 4个焊接区，E区为边环板。

（2）底板铺设后采用夹具固定，焊接时，应用重物压在焊接焊道附近，夹具不能太紧，应该适当松开楔铁保证焊接自由收缩，然后进行焊接。

（3）中央底板各区内的焊缝采用由中心向两边施焊。长焊缝要采用分段跳焊法施焊，跳焊长度400mm。

（4）底板部油槽的焊接应在基柱定位和第一层侧板焊接完成后进行，焊接顺序如图。

（5）中心板与边环板的连接焊缝做为预留收缩焊缝放在最后进行焊接。

（6）在油槽立板和侧板安装前，为保证柜底板的焊接质量，油槽底板只进行部分隐蔽焊缝的焊接，而不进行全部焊接。

结论

在长期的施工实践中，人们已积累了许多防止底板焊接变形的经验，其中有些已列入标准施工工艺。主要包括：合理的排板；先拼大块后铺设底板铺设工艺；先焊接短缝后焊接长缝,先焊接对接焊缝后焊角焊缝，从中心对称向外分段退焊；先焊壁板和边缘板连接缝，后焊边缘板与中幅板连接缝；采取防变形措施，增大结构刚性；控制焊接线能量；锤击法消除应力等。正确运用这技术，可保证直经几十米的底板焊后凹凸变形量控制在允许范围内。

参考文献：

焊接手册焊接结构/中国机械工程学会焊接学会 2001.8

建筑钢结构焊接技术规程中华人民共和国建设部 2003.1

作者简介：

逄芳，中国三冶集团有限公司结构制造安装工程公司工程师