金屬貯罐壁板底板焊接變形機(jī)理與預(yù)防措施
張文革
摘 要：闡述了引起貯罐筒身和底板變形的機(jī)理，并提出了合理的焊接方法和防止變形的措施，制定出合理的裝配和焊接順序。應(yīng)用表明，焊接電流適中，慢速度焊接，以限制徑向內(nèi)收縮變形，焊工均布分段跳退焊是防止金屬貯罐焊接變形的有效方法。
關(guān)鍵詞：金屬貯罐 焊接 變形機(jī)理 預(yù)防
在實(shí)際的工作中，金屬貯罐的壁板、底板的厚薄隨著罐的容積變化而不同，剛性差、柔性大，焊接容易產(chǎn)生變形。在金屬貯罐的安裝焊接時，當(dāng)焊接工藝或方法不當(dāng)時，常會出現(xiàn)筒身或底板較大變形。這些變形既影響美觀又會影響使用壽命，危害性很大。因此，分析引起貯罐筒身和底板變形的機(jī)理，尋找一種合理的焊接方法和防止變形的措施非常必要。
一、貯罐壁板的變形機(jī)理及預(yù)防措施
1.1機(jī)理
（1）焊貯罐壁板縱縫時收縮變形。由于焊縫在焊接時，由高溫降到低溫，焊縫沿長度方向和橫向必然會收縮，因壁板是經(jīng)過碾壓過的，在內(nèi)側(cè)施焊，則縱向收縮引起的變形往外凸。
（2）焊貯罐壁板環(huán)縫時收縮引起的變形。焊接環(huán)縫時，由于周長較大，焊接收縮量大，含塑性收縮和彈性收縮。塑性收縮量較小，但產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，而彈性收縮量較大，環(huán)縫的周向收縮必引起徑向變化。這種變化必引起罐壁的縱向和水平的擠壓。而因罐壁柔性相對較大，在焊接過程中，由于熱應(yīng)力作用，收縮擠壓力引起的彈性變形會向焊接方向移動，當(dāng)形變波浪傳遞積累到一定量值時，而在傳遞中遇到某一較剛的縱向焊縫而不能越過時，便集結(jié)一起向內(nèi)鼓包變形，以消解擠壓力，而未收縮的壁板亦是通過這樣變形來跟進(jìn)并適應(yīng)因焊接收縮了的半徑。
1.2預(yù)防措施
（1）焊接電流適中，較慢速度焊接。
（2）焊縱縫時每隔500mm點(diǎn)一塊剛性鋼板，并分段退焊。
（3）焊接壁板環(huán)縫時，在靠近環(huán)縫約200mm處加環(huán)形剛性脹圈（脹圈用槽鋼制做），以限制徑向內(nèi)收縮變形，焊接時焊工均布分段跳退焊。第一層焊順時針方向，第二層焊為逆時針方向，以控制焊接收縮均布而不柔動集結(jié)。見圖1。
 

 

二、貯罐底板的變形機(jī)理及預(yù)防措施
2.1機(jī)理
（1）底板搭接焊縫的收縮變形。底板搭接焊縫的焊接，亦包括橫向收縮和縱向收縮，因底板為搭縫平放，焊接時縱收縮引起的變形不是很大，而角焊縫的橫向收縮引起板上翹的作用較大，是搭接焊縫變形的主要原因。
（2）底板圓周角焊縫的變形。罐壁與底板之間由雙面角焊縫連接（見圖2），此處的焊接尺寸較大，受力較大，焊后產(chǎn)生較大的收縮力。底板圓周角焊縫焊接，雖然角焊縫收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起底板上翹，但引起的變形不是最大的。引起底板變形鼓包的最大因素是底板周圍焊縫的周向收縮而引起的徑向變小，徑向變小擠壓力迫使底板上拱來適應(yīng)變小的半徑。當(dāng)?shù)装迥程幍木C合焊接收縮力累積最大時，在內(nèi)向壓迫拱頂力作用下，則大變形便在一局部突破，形成鼓包。
 

 

2.2預(yù)防措施
（1）焊接電流適中，慢速焊。
（2）先焊中幅板。①先把中幅焊制成帶板。組對焊縫的間隙要均勻，焊接順序應(yīng)是由中心向兩邊點(diǎn)焊短縫，每隔一段點(diǎn)焊40mm，然后焊接，焊接應(yīng)由中心向兩邊分段倒退焊，使其收縮量均勻。點(diǎn)焊第二條帶板時，應(yīng)將原長焊縫定位墊板的焊點(diǎn)全部鏟除，然后將墊板點(diǎn)焊到短焊縫焊完一側(cè)帶板上，這樣焊接另一側(cè)帶板時可以自由收縮，從而避免了帶板拱起的現(xiàn)象發(fā)生。如此類推，將中幅板拼成各條帶板，待短縫全部焊完后，再點(diǎn)焊和焊接長焊縫，長焊縫點(diǎn)焊一條、焊一條，依次焊完。②長焊縫焊接時，焊工必須沿焊縫均勻分布，分段焊接、分段跳焊的方法進(jìn)行焊接。其目的是分散焊接應(yīng)力，減少焊縫變形。
③中幅板的短焊縫焊接時，其邊緣部分的邊板只點(diǎn)焊，不焊接，待短焊縫焊接基本結(jié)束后，根據(jù)焊接后收縮情況重新組對坡口點(diǎn)焊，然后焊接，其焊接順序仍為先焊短縫、再焊長縫。④中幅板與邊緣板的對接焊縫，只作簡單的點(diǎn)固定，正式點(diǎn)焊對接前該點(diǎn)應(yīng)鏟除，釋放一部分應(yīng)力。⑤焊接引起弓形邊緣對接焊縫時，在坡口墊板下面，再墊一塊厚板為δ＝8mm的條形墊板，做焊接角向反變形之用。⑥弓形邊緣板面坡口只點(diǎn)焊墊板與單側(cè)邊緣板，而另一側(cè)邊緣板不與墊板點(diǎn)焊以保證焊接時邊緣板自由收縮，以減少焊接殘余應(yīng)力。⑦先焊接邊緣板端部350mm段，每焊接一道（層）的收弧處必須錯開一段距離以上，以防止接頭重疊而產(chǎn)生的應(yīng)力集中，施焊時，焊工均布，隔縫焊接，焊后抽出反變形墊板。
（3）罐壁板與邊緣板角焊縫的焊接，是由數(shù)對焊工從罐內(nèi)外兩側(cè)沿同一方向分段對稱焊接，初層焊道采用分段退焊、分段跳焊法，待角焊縫完成后，再焊接剩余的邊緣板間焊縫，焊工仍然是均布、分散的跳焊。
（4）中幅板與邊緣板的對接焊縫焊接前，先全面鏟除原點(diǎn)焊點(diǎn)，使原焊接應(yīng)力釋放一部分，然后由數(shù)名焊工同時，對稱點(diǎn)焊，焊工均布在圓周上，沿同一方向分段退焊、跳焊。
（5）罐底對接焊縫的焊接，為了防止角變形，在實(shí)際中可在采取反變形法， 箭頭方向表示用力打進(jìn)去。見圖3。
 

 

2.3組裝方法
組裝見圖3。做一塊筋板、塊提板、斜鐵銷子。沿箭頭方向錘擊銷子，提板可把焊縫提起焊接，每2—4m加一組，待焊縫坡口基板焊后，將其撤掉，再組完成焊接。
三、結(jié)束語
只要依據(jù)焊接收縮變形的機(jī)理，制訂出合理的預(yù)防措施和焊接工藝參數(shù)，就可以避免。制定出合理的裝配和焊接順序：罐底板 中幅板 焊接從中心四周逐步擴(kuò)大，焊制成帶板，再將各帶板焊成整體，焊接邊板與壁板接觸焊縫焊，最后焊接邊板與中幅板的聯(lián)接焊縫，組對時配以適當(dāng)?shù)膭傂钥ň摺?br /> 參考文獻(xiàn)：
[1]萬仁溥.采油工程手冊[M].石油工業(yè)出版社.2000.

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