浅谈储罐单盘焊接变形的控制

摘要：分析储罐制作中单盘板焊接变形的产生原因，提出控制焊接变形的措施，使单盘板焊接变形能有效的降低，确保单盘板施工的总体质量。

关健词：排版形式焊接顺序焊接方法控制措施

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

姬塬油田外输总站工程新建4具20000m3外浮顶油罐。在浮顶油罐的施工中，单盘板因其直径大、板厚较薄等原因造成单盘板焊接变形不易控制，从而成为该工程施工的难点、重点。为了能有效降低单盘板焊接变形，使油罐在投用后的使用质量和寿命相应的提高。在本文中针对焊接变形的产生原因进行了详细分析，提出相应的控制措施，在油罐安装中能起到一定的指导作用。

2 焊接变形原因分析

2．1单盘焊接变形主要有角变形和波浪变形。

(1)角变形发生的根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布造成的。通常出现在对接、搭接和丁字接头的焊接时，其焊缝的正面变形大，背面的变形小。在堆焊时，堆焊的高温区金属的热膨胀由于受到附近温度较低金属的阻碍，而受到挤压，产生压缩塑性变形；在角焊接时，对于不开坡口的角接头就相当于坡口角度为90o的对接接头的情况，而开坡口的丁字接头就相当于堆焊情况。角变形的主要控制方法是反变形。

(2)波浪变形是薄板在承受压力时，当其中的压应力达到某一临界数值，薄板将因出现波浪变形而丧失承载能力，即失稳。焊后存在于平板中的内应力，一般情况下在焊缝附近是拉应力，离开焊缝较远的区域为压应力。其中的压应力使薄板造成失稳，产生波浪变形。降低波浪变形可以从降低压应力和提高临界应力两方面入手。因压应力的大小和拉应力区域的大小成正比，为了降低压应力的数值减小变形，一般采用减少塑性变形区。

2．2 单盘板焊接变形的影响因素很多。通常与所制作单盘的大小、所采用钢板的厚度，单盘板的排版方法、焊接方法、焊接顺序有很大关系。

其中角变形产生于焊缝附近，采用合理的排版方法、焊接方法、焊接顺序能有效的控制角变形。波浪变形多产生于离开焊缝较远的区域，改变焊接方法、减少线能量、断续焊、减小焊缝尺寸等能有效地控制波浪变形。本工程浮顶油罐的单盘板厚度设计为5mm，由于板厚较薄，而单盘直径又较大，波浪变形控制难度大。因此，选择合理的单盘板规格、排版方法、焊接工艺是降低变形最有效的途径。

3 采用措施

3．1在排版形式的选择上，优先选用焊接变形量比较小的人字形单盘排版形式，人字形排版形式不仅看起来比较美观，而且由于焊道均匀的分布在四个区块内，当焊接产生应力的时候可以互相抵消。也可选择条形排版形式，条形排版是现在现场使用比较多的排版形式，罐底通常选用条形排版形式，所以施工经验相对丰富。在采用防变形背杠和焊接顺序上都比较简单。可以同时施焊于多个区域，选择性强。

3．2从单盘铺设上着手

(1)单盘铺设在临时架台上，铺设完后通过环形板与船舱连成一体。

(2)在铺设过程中注意所铺设钢板的平整度。将有凹凸的地方整平，使单盘表面平整，为焊接提供保障。

(3)单盘找平后，把所有单盘焊缝进行点焊连接成为一个整体，点焊长度为10mm-30mm。这样在焊接时能够使变形减少。

3．3从单盘焊接方面着手

(1)可先将单盘与临时搭建的平台点焊上，以此来减少单盘在焊接时的波浪变形。

(2)先焊接单盘正面焊缝，后焊接单盘背面焊缝。

(3)单盘正面焊接时，可先将单盘划分为2-4个等分区域， 8—12名焊工在各个区域均匀分布。最好是将焊工之间的距离分开的越远越好，这样可以更好的散开由于焊接所带来的应力。由中心圆开始，先焊短缝后焊长缝，采用隔缝分段退步焊接。电流易小，焊接速度保持一致。焊完一个同心圆后，依次焊接下一个同心圆。

其次采用合理的焊接顺序，使每一条焊缝都能够比较自由地收缩。具体的焊接顺序为：

①对于条形和人字形排版都是先焊钢板宽方向上的焊缝，将钢板连成长条。

②其次，对于人字形排版的焊接长条间的焊缝，但留下中间靠近对称轴线的两道长缝。

③焊接人字连接收缩缝，焊接时先焊中间板长方向的一道，然后向两边分散焊接板宽方向。焊完一道，再组焊另一道。往外施焊的焊工始终往外焊，往内施焊的焊工始终往内焊，使焊缝能够更大程度的自由收缩。

④焊接中间靠近对称轴线的两道长缝。

(4)由于焊接时焊缝处产生角变形，焊接时采取焊缝两侧加背杠（槽钢或者是角钢均可）。将背杠点焊在单盘上，以此来最大限度的减小焊缝的角变形。条件允许的话尽可能在整体焊接完成后将背杠取下。

4 焊接中应注意事项

4．1 对单盘的设计时，其选用单盘板规格不宜过窄，宽度一般不小于1m。

4．2 长条焊缝焊接时采用跳焊法，间隔一道焊接一道，由几个部分的焊工同时焊接，必须使其同时向内或者向外焊接，这样才能保证受力均匀。

4．3 在焊接每道焊缝的时候必须采用分段焊接法、每道焊缝的长度不宜超过1m，否则会在接头处产生变形，是焊接质量下降。

4．4 在焊接过程中局部会产生凹凸变形，此时可垫上薄板加上支撑后用大锤趁热打平、以释放其内应力，从而减少焊后变形。

4．5 在焊接时，应该把焊缝周围的点焊打磨开，以使焊接产生的应力能够释放出去，减小变形。

5 实施效果

以上措施应用于4具浮顶油罐施工中，在未改变钢板规格的前提下取得一定的效果，焊后单盘表面较为平整，有效地控制了焊接波浪变形。另外采用条形的排版方式，更易于变形控制。

6 结束语

随着大型储罐建造量的增加，焊接工作就显得更加重要，如何减少焊接变形、提高焊接效率是施工追求的目标。在薄壁单盘板的设计中，如能考虑在单盘上加几道环形加强筋，可有效提高单盘在焊接时的抗变形能力。再者，单盘板焊接工艺的改进更是势在必行，所以相信这种单盘板焊接变形控制方法在同行业中具有较强的适应性和推广价值。

参考文献:

[1]王春生，《焊接》，机械科学研究院哈尔滨焊接研究所，2000年11期。

[2]《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》，GB50128-2005。