大型储罐罐壁板焊接变形的分析和控制.doc

大型储罐罐壁板焊接变形的分析和控制

　　前言
　　近年来，随着我国原油战略储备工程建设项目的迅速增加，大型油罐的施工质量要求越来越高。尤其是10万立方米浮顶罐罐壁垂直度安装质量最为关键，因为它关系到浮顶能否顺利上浮和下降，更关系到10万立浮顶罐能否正常使用的问题，甚至造成报废，造成庞大经济损失。通过对大庆南一油库、南三油库、大连国家战略储备库数十台大型储罐罐壁垂直度调查状况看，有近50%储罐罐壁板垂直度由于罐壁板焊接角变形控制不好而超差，针对这一实际问题，为保证10万立方米浮顶罐罐壁板垂直度达到制定和标准要求，对油罐罐壁板焊接角变形控制工艺进行了研究和施行攻关，解决了此问题。
　　1、 壁板纵缝焊接变形分析和控制
　　壁板纵缝焊接变形有：壁板向内倾和焊接角变形，壁板向内倾直接影响罐壁板的垂直度。另外，由于每圈壁板的焊接角变形不同，在下圈壁板焊接完成后，进行组对上圈壁板时，必须要进行强力组对，才能使上下两圈壁板达到制定图纸要求的内表面平齐标准，这样，就对壁板的垂直度产生了很大影响，使壁板垂直度超差，必须采用以下控制措施：
　　1.1 采用壁板安装反变形措施
　　由于纵缝下口拘束度大，上口拘束度小，使得上口收缩大而下口收缩小，纵缝焊后壁板普遍向内倾，向内倾斜程度因板厚及板宽而有所不同，因此在壁板纵缝组对时采纳预倾斜法控制其垂直度，以板厚25mm、板规格为：114503000、壁板材质：SPV490Q的第二圈板为例来说明此问题。经过对以往储罐焊接数据的调查分析，纵缝焊后垂直度偏差为14 mm左右，而焊接前壁板垂直度偏差为9mm以内为合格〔标准要求每圈壁板的垂直度同意偏差为该圈壁板高度的0.3%〕，纵缝焊后垂直度超差为5mm左右。为解决纵缝焊后壁板向内倾斜的问题，在壁板纵缝组对时壁板采纳比标准值向外预倾5mm左右来控制其垂直度。
　　1.2 采用控制焊接工艺参数的措施
　　关于双面焊双面成型的油罐壁板，如果不采用适当措施，非常容易产生棱角变形，因为在焊接纵缝外侧时，内侧有龙门板〔用来固定背侧铜垫块，这是立焊机工艺所决定〕对向内的角变形产生拘束，从而阻止了外侧焊接时产生向内侧的角变形，而在焊接内侧时需将龙门板去掉，而又未采用其它有效控制措施时，导致产生向外的角变形超差。焊接角变形值〔以第三圈板为例：板厚20mm、板规格为：114503000、壁板材质：SPV490Q〕在12-17mm之间(同意偏差10 mm)。
　　1.3 通过改变焊接坡口尺寸来控制焊接角变形
　　组装前预制阶段，经过和制定沟通、协商，经制定同意，现场实际坡口角度及内外比例对图纸进行改变，并办理了制定联系单。依据制定及储罐施工标准《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》GB50128-2005要求及实际经验，为控制壁板组装、焊接变形，25mm、32 mm厚壁板坡口采纳双Y型在厚度方向上，纵缝坡口内外侧比例为4：6〔制定比例为5：5〕。纵缝外侧焊接完成后，内侧用砂轮机进行清根，在保证将钝边、焊接缺陷清理掉后，必须保证达到清根后，使纵缝坡口内外侧比例为6：4，这样能保证焊接时产生向内的角变形大一些，来改正向外产生的角变形。
　　2 、环焊缝焊接角变形分析和控制
　　壁板环焊缝焊接变形主要是角变形，由于焊接应力和焊接热收缩影响，在焊接壁板外侧环焊缝时，由于角变形，上圈壁板向外倾斜；在焊接壁板内侧环焊缝时，由于角变形，上圈壁板向内倾斜。如果壁板向内侧倾斜的数值小于或大于向外侧倾斜的数值，产生的差值大于壁板垂直度同意的数值标准时，壁板的垂直度就达不到标准要求，影响大型储罐的正常使用。控制焊接角变形的主要措施为：焊接工艺参数和内侧焊道清根量大小确实定和控制。
　　2.1 焊接工艺参数确实定和控制
　　通过控制焊接工艺参数，在保证焊接质量的前提下，减少焊接线能量的输入，从而减小角变形。环缝焊接控制前后使用的工艺参数为〔以第一圈环缝为例：板厚32mm、25mm〕：电流(I/ A):外侧500-520 /460-480 , 内侧510-530/460-520；电压(U/ V)： 外侧28-32 /26-30,内侧30-35 /26-32； 焊接速度(V/( cm/min))：外侧45-60 /25-50, 内侧50-60 /35-50；线能量(E/( KJ/cm))：外侧45-55 /30-45，内侧50-60 /30-40 。
　　2.2 内侧焊道清根量大小确实定和控制通过控制内侧焊道清根深度来满足焊接技术要求。由于自动焊在外侧焊接时，因为焊接工艺参数及组装质量的误差影响，焊接角变形在一圈环焊缝上是不同的，所以，在内侧清根前，由质检员负责使用1米长的直线样板检查变形量的大小，来确定内侧焊道不同处清根量的大小。经验的参照值为较薄板厚度的60%左右，变形量大的地方清根量要比变形量小的地方大，这样对控制角变形较为有利。具体数据为〔以第一圈环缝为例：板厚32mm、25mm〕：角变形量在10-26 mm之间，清根量控制在8-15 mm之间。通过调整清根量，将向外产生的超差角变形改正过来，以保证罐壁板的垂直度。内侧清根采纳砂轮机，在清根时应将钝边全部清除。
　　3、结论
　　通过采纳以上技术措施严格控制角变形，使10万立浮顶罐的罐壁垂直度施工质量得到了有效控制。实测参数如下：罐壁铅垂最大偏差42mm，标准要求同意偏差50mm；罐壁焊缝最大角变形6mm，标准要求12mm，从以上实测的参数可以看出：通过采用有效的罐壁板焊接角变形控制措施就能充分保证大型储罐罐壁垂直度施工质量，保证大型储罐正常投产、安全使用。