薄壁不锈钢储罐焊接变形防治措施

摘要：在薄板非标设备制作安装过程中，焊接变形量的大小是衡量该工程成功与否的重要标志，也是工程质量好坏的关键。而薄板焊接变形具有复杂性、多元性，从而对焊接的质量产生重大的影响。因此控制焊接变形是人们十分重视而致力于研究的课题。本文就不锈钢薄壁储罐底板现场焊接变形控制的成功经验和失败教训阐述控制薄板焊接变形的一些行之有效的方法及一些初浅的见解，旨在类似工程中借鉴和参考，对不锈钢薄壁储罐底板焊接具有一定的技术经济意义。

关键词：不锈钢薄底板, 焊接方法, 焊接变形, 成因, 控制措施

Abstract: in the thin non-standard equipment manufacturing, installation process, the welding deformation size is measured the engineering an important mark of success, also is the key project quality stand or fall. And sheet welding deformation is complex, diversity, and on the quality of the welding the significant influence. So to control deformation is people and committed to attach great importance to the task of research. This paper thin stainless steel tank bottom the welding deformation control of successful experiences and lessons this sheet of the welding deformation control of some effective methods and some preliminary opinions to the similar projects for reference and the reference, stainless steel tank bottom of thin-walled welding has some of the technical and economic significance.

Keywords: stainless steel thin slab, welding method, the welding deformation, causes, the control measures

中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：

1. 前言

实际安装工作中，焊接结构的变形比较复杂，怎样控制和矫正焊接变形是安装工作中较为头痛的事情，特别是不锈钢薄底板的焊接变形，如处理不当会给安装质量和经济效益带来严重的影响。

国外先进的发达国家如美国、俄罗斯等国，在军事及工业设备制造生产中，普遍采用高强度的金属材料，板厚减薄。从而是生产的设备具有自身质量较轻、运输方便、安装简洁等优点。然而，板厚的减薄也带来了焊接变形控制的难题。在国外先进国家均采用专门的焊接工装和装配夹具，同时大胆的采用先进的焊接方法和开发新的焊接变形控制工艺。在我国，不锈钢薄板也普遍应用于工业设备制造生产中。但由于工艺方法的局限性，尤其是现场制作安装的非标储罐，造成了设备在制造过程中存在焊接变形大、使用性能差、外形不美观等缺点。不但影响了设备的实用性，而且经过矫正，增加了生产周期，降低了钢板的力学性能和耐蚀性，影响设备的使用寿命。这一现象也普遍存在于国外的先进国家。薄板焊接变形具有复杂性、多元性，从而严重影响了焊接质量，是国内外薄板焊接制造的一个技术难题。

我公司在建造江苏江阴三房巷集团公司60万吨/年PTA项目储运车间时，有2台薄壁不锈钢醋酸储罐的现场拼装工作，其施工条件为: 母材为304L奥氏体不锈钢板，设计容量为3000m3，底层板厚D = 18mm；中层板厚D=10mm；上层、罐顶及底板厚均为D=6mm，焊缝总长度为1051.36m，焊接填充材料为308Lφ2.5焊丝及A002φ2.5手工焊条，不平度要求各方向不大于10mm。为整个项目施工过程中质量控制的 “心脏部位”，也是施工难度最大、最关键的安装工作，对工程的质量和进度的影响极大。为此，我们专门制订了针对焊接变形的控制和矫正措施，取得了预期的效果。

2. 焊接变形的成因及分析

2.1焊接过程中的变形成因

焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。焊缝金属是由熔池中的液态金属迅速冷却、凝固结晶而成，其中心点温度可达2500℃以上。靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，内部组织发生变化，这一区域称为热影响区。焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，热影响区的宽度在8—30 mm范围内，其温度从底到高大约在500 ℃--1500℃之间。

金属结构内部由于焊接时不均匀的加热和冷却产生的内应力叫焊接应力。由于焊接应力造成的变形叫焊接变形。

在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。这是产生焊接应力与变形的根本原因。

2.2分析焊接应力和变形产生的机理、影响因素及其内在联系

如图1所示，给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。

图1

由图可看出，焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。从图可以看出，材料因素主要为材料特性、热物理常数及力学性能（热膨胀系数α=f（t），弹性模量E=f（T），屈服强度σs= f（T），σs（T）=0的温度，Tk或称“力学熔化温度”以及相变等），在焊接温度场中，这些特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性等）则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与变化。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊接残余变形。

3．焊接变形的控制措施

3.1合理的焊接方法

不同的装配和焊接顺序，焊后产生的变形则不相同。为正确地选择装配顺序和焊接顺序， 一般应依照下述原则： （1）收缩量大的焊缝先焊；（2）采取对称焊；（3）长焊缝焊接时，应采取对称焊、逐步退焊、分中逐步退焊、跳焊等焊接顺序。

对于对称焊缝，可以同时对称施焊，少则2人，长焊缝可以多人同时施焊，使所焊的焊缝相互制约，使底板不产生整体变形。