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【摘 要】随着产业结构的调整，工业发展突飞猛进。大型储罐在工业生产中被广泛应用。在大面积薄板焊接工程中，焊接变形量的大小是衡量该工程成功与否的重要标志，也是工程质量好环的关键因素之一，因此控制焊接变形是人们十分重視而致力于研究的课题。 在我单位承接的氧化铝工程中，有很大部分是各种规格的大型储罐，直径从16米到42米不等，底部结构不外乎锥底或者平底，最常见的是分解槽，而这些大型储罐底板的变形量控制，对于工程质量非常重要，本文以分解槽施工为例，浅谈大型储罐底板变形量的控制。
【关键词】 大型储罐 底板焊接 变形量控制
中图分类号： P755 文献标识码： A
一、 前言
钢制储罐是石油化工生产常用的容器设备，其焊接方法较多，如手工电弧焊、半自动焊接和自动焊接等方法。不管采取哪种焊接方法，在焊接过程中存在的主要问题是焊接变形问题，特别是储罐底板焊缝多、板厚小，施工中时常会产生较大的波浪变形等。具体分析焊接变形产生主要原因，并采取针对性的措施，将会取得良好的效果 在我单位承接的大型槽罐中，以分解槽为多，分解槽规格多为Φ14×32m，为大型平底储罐，由于底板直径大而且薄，焊接工作量大，易产生焊接变形，而且底板的平整度直接影响壁板的组对精度，对整个分解槽的施工质量影响非常大。因此本文就分解槽的底板变形量控制进行浅谈。
二、 分解槽底板焊接变形控制
1. 储罐焊接变形产生的原因
储罐属于薄壁焊接容器，其焊接的主要问题是焊接变形问题，特别是钢制储罐
底板厚度小、焊缝多，施焊不当经常产生较大的波浪变形，其主要原因有以下几点。
（1）焊缝的横向收缩对钢板产生的应力与变形；
（2）焊缝的径向收缩对钢板产生的应力与变形；
（3）底板与壁板角缝、底边板与底中幅板间环焊缝的径向收缩引起底边板角变形和中幅板的应力与变形；
（4）以上三种应力的叠加极易使钢板失稳，产生较大的波浪变形。
2. 焊接变形与焊后残余应力的关系
控制大面积焊接工程的焊接变形，不能从某一方面去考虑，而应综合考虑，实践经验告诉我们，焊接过程产生的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象，两者之间是有机联系的，他们同时存在于同一焊件。
在实践当中，我们通过利用外部条件来约束焊缝，即在平焊缝处点焊上门形卡，壁板与地板的角焊缝处点焊上三角板，造成约束应力，并将焊缝全部点固，使其刚性增加。这样就达到了增加焊接残余应力，以减少焊接变形的目的。
3. 焊接线能量
在底板焊接前，我们还要考虑到在保证焊接质量的前提下，尽量减少焊接能量的输入，这样就从源头减少底板焊接加工的总能量，能同时减少焊接残余应力及焊接变形，这就需要我们制定合理的，正确的焊接参数，在底板焊接前，我们通过做焊接试验，通过实验焊件确定最合理的焊接电流，电压及焊接速度，选定能保证焊件焊接质量的最合理焊接线能量，并制定焊接作业指导书。
4. 分解槽底板的焊接变形形式
分解槽底板的焊接变形，主要在以下几个方面：
（1）边缘板对接焊缝未焊接前，处于自由状态，由于焊缝横向收缩不均匀引起角变形，使边缘板和基础表面不能完全接触，从而影响第一圈壁板的组对。
（2）中幅板焊接时，由于焊缝较集中，且多为长焊缝，多层焊，焊接过程中有多种焊接应力存在，焊接后，也常有多种残余变形同时存在。
（3）边缘板与第一圈壁板的角焊缝的焊接过程中，焊接的横向收缩引起角变形，使边缘板弯曲不能与基础贴合完好，且影响壁板的垂直度。
（4）边缘板与中幅板的对接缝焊接同样使底板产生波浪变形和起拱，故在焊中幅板时须预留伸缩缝。
5. 控制底板焊接变形的焊接方法
制定好焊接参数及焊前准备后，还须制定合理的焊接顺序，主要遵循以下原则：先焊短焊缝，在焊中长焊缝，然后焊通长焊缝，预留收缩缝，待立板与底板的大脚缝焊接完毕后，焊接腹板与边缘板的焊缝，最后焊收缩缝。：
（1）首先将各种短缝及中长焊缝焊接，焊接时严格按照焊接作业指导书参数进行，可选择4名焊工对称焊接，焊缝在焊前都点焊牢固，并加上每隔1.2—1.5米加上门卡约束，保证焊接质量。在焊接通长焊缝时，采用分段跳焊法，须2名焊工从中心处各往两边跳焊。
（2）焊接壁板与立板的大脚缝，先焊接内脚缝，在焊接外角缝，可用4名或6名焊工对称分布，沿同一方向分段跳焊。
（3）焊接通中心长焊缝，也采用分段跳焊法，
（4）焊接中幅板与弓形板的对接缝，这道焊缝应重点是释放焊接应力，在焊其余缝时，此道焊缝不能点焊，让其自由伸缩。待其余焊缝冷却后，在点固并加上门型卡具进行焊接，焊接时，也必须使焊工对称分布向同一方向分段跳焊。
（5）最后焊接预留收缩缝，全部焊接完毕后，待焊缝冷却方可拆除所有约束卡具。
三、焊接变形的控制
1、常见防变形措施
1）边缘板外缘300mm的焊接
根据焊接规范要求，边缘板的组对采用不等间隙，外侧先焊的部分较小，为6～7 mm，内侧较大，为8～12 mm，以便在先焊外侧300 mm的过程中，由于焊缝的热收缩间隙归于一致，保证焊后边缘板的平整度，防止出现局部突起。
2）中幅板搭接缝的焊接
焊接顺序总的原则先焊短缝，再焊长缝，最后焊预留收缩缝，从中心向四周放射性焊接。首先使中幅板由单块焊接成两块一组，再由两块一组焊成四块一组，以此类推。相邻的焊缝不宜同时施焊，应该隔一道焊一道。手弧焊封底从中间向两端采用分段退焊法焊接，分段长度以250-300mm为宜．每层焊道的接头应错开50～100mm。
3）边缘板与中幅板之间收缩缝的焊接
中幅板与边缘板的接口作为环向预留收缩缝在组对时不点焊固定，而采用龙门卡具和斜铁固定。焊接时先焊边缘板的径向预留缝，再焊中幅板的预留缝，最后才焊环向收缩缝。
2、改进焊接工艺防变形措施
将焊接工艺改进为CO2气体保护自动焊打底、埋弧自动焊盖面，可减少和预防焊接变形。焊接变形包括角变形及弯曲变形等。
3、 角变形
若以V型坡口对接后焊接，由于焊缝截面的形状不对称(上宽下窄)，因而焊缝沿厚度方向上的横向收缩不均匀(上大下小)，引起左、右两钢板绕焊缝的轴线转动(翘起)形成角焊缝。如果使熔深加大，熔宽减小，那么焊缝的下部所受到的横向收缩必然要均匀得多，产生的角变形也就小。CO2气体保护焊缝的横向收缩，相比手工焊焊缝的横向收缩均匀。CO2气体保护焊加大了电流的输入，可形成大熔深、小熔宽的焊缝，达到减少角变形的目的。
理论上讲，平焊位置的焊接，应首选埋弧焊，因为它既能保证焊接质量，又能获得较高生产率。从《焊接数据资料手册》查得焊道收缩量系数k，可知CO2气体保护焊与手工电弧焊相比，收缩量要小些，变形较小。
焊接方法 手工电弧焊 CO2保护焊 埋弧焊
k 0.052 0.043 0.074
CO2气体保护自动焊打底、埋弧自动焊盖面焊接工艺的改进在理论上是完全可行的。而且CO2气体价格便宜，电能消耗少，成本低，采用自动焊可大幅提高效率，缩短施工周期，经济效益更加显著。
四、结语
根据以上所述，控制大型储罐底板的焊接变形，不能单一考虑，应该综合考虑，从排版，到下料切割，在到焊接方案，都能影响焊接变形，在我公司多个分解槽施工项目施工中，正是采用了合理的施工方案及焊接方案，成功安装了多台分解槽，其中底板的焊接质量及焊后变形都在允许范围之内，完全满足了规范要求，取得了较好的效果。
参考文献：
【1】傅积和，孙玉林．焊接数据资料手册[S]．北京：机械工业出版社，1994．754
【2】GB50128-2005，立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范
【3】卞宗强．大型储罐底板的焊接方法．齐鲁石油化工，2000，28(4)：324-326
【关键词】 大型储罐 底板焊接 变形量控制
中图分类号： P755 文献标识码： A
一、 前言
钢制储罐是石油化工生产常用的容器设备，其焊接方法较多，如手工电弧焊、半自动焊接和自动焊接等方法。不管采取哪种焊接方法，在焊接过程中存在的主要问题是焊接变形问题，特别是储罐底板焊缝多、板厚小，施工中时常会产生较大的波浪变形等。具体分析焊接变形产生主要原因，并采取针对性的措施，将会取得良好的效果 在我单位承接的大型槽罐中，以分解槽为多，分解槽规格多为Φ14×32m，为大型平底储罐，由于底板直径大而且薄，焊接工作量大，易产生焊接变形，而且底板的平整度直接影响壁板的组对精度，对整个分解槽的施工质量影响非常大。因此本文就分解槽的底板变形量控制进行浅谈。
二、 分解槽底板焊接变形控制
1. 储罐焊接变形产生的原因
储罐属于薄壁焊接容器，其焊接的主要问题是焊接变形问题，特别是钢制储罐
底板厚度小、焊缝多，施焊不当经常产生较大的波浪变形，其主要原因有以下几点。
（1）焊缝的横向收缩对钢板产生的应力与变形；
（2）焊缝的径向收缩对钢板产生的应力与变形；
（3）底板与壁板角缝、底边板与底中幅板间环焊缝的径向收缩引起底边板角变形和中幅板的应力与变形；
（4）以上三种应力的叠加极易使钢板失稳，产生较大的波浪变形。
2. 焊接变形与焊后残余应力的关系
控制大面积焊接工程的焊接变形，不能从某一方面去考虑，而应综合考虑，实践经验告诉我们，焊接过程产生的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象，两者之间是有机联系的，他们同时存在于同一焊件。
在实践当中，我们通过利用外部条件来约束焊缝，即在平焊缝处点焊上门形卡，壁板与地板的角焊缝处点焊上三角板，造成约束应力，并将焊缝全部点固，使其刚性增加。这样就达到了增加焊接残余应力，以减少焊接变形的目的。
3. 焊接线能量
在底板焊接前，我们还要考虑到在保证焊接质量的前提下，尽量减少焊接能量的输入，这样就从源头减少底板焊接加工的总能量，能同时减少焊接残余应力及焊接变形，这就需要我们制定合理的，正确的焊接参数，在底板焊接前，我们通过做焊接试验，通过实验焊件确定最合理的焊接电流，电压及焊接速度，选定能保证焊件焊接质量的最合理焊接线能量，并制定焊接作业指导书。
4. 分解槽底板的焊接变形形式
分解槽底板的焊接变形，主要在以下几个方面：
（1）边缘板对接焊缝未焊接前，处于自由状态，由于焊缝横向收缩不均匀引起角变形，使边缘板和基础表面不能完全接触，从而影响第一圈壁板的组对。
（2）中幅板焊接时，由于焊缝较集中，且多为长焊缝，多层焊，焊接过程中有多种焊接应力存在，焊接后，也常有多种残余变形同时存在。
（3）边缘板与第一圈壁板的角焊缝的焊接过程中，焊接的横向收缩引起角变形，使边缘板弯曲不能与基础贴合完好，且影响壁板的垂直度。
（4）边缘板与中幅板的对接缝焊接同样使底板产生波浪变形和起拱，故在焊中幅板时须预留伸缩缝。
5. 控制底板焊接变形的焊接方法
制定好焊接参数及焊前准备后，还须制定合理的焊接顺序，主要遵循以下原则：先焊短焊缝，在焊中长焊缝，然后焊通长焊缝，预留收缩缝，待立板与底板的大脚缝焊接完毕后，焊接腹板与边缘板的焊缝，最后焊收缩缝。：
（1）首先将各种短缝及中长焊缝焊接，焊接时严格按照焊接作业指导书参数进行，可选择4名焊工对称焊接，焊缝在焊前都点焊牢固，并加上每隔1.2—1.5米加上门卡约束，保证焊接质量。在焊接通长焊缝时，采用分段跳焊法，须2名焊工从中心处各往两边跳焊。
（2）焊接壁板与立板的大脚缝，先焊接内脚缝，在焊接外角缝，可用4名或6名焊工对称分布，沿同一方向分段跳焊。
（3）焊接通中心长焊缝，也采用分段跳焊法，
（4）焊接中幅板与弓形板的对接缝，这道焊缝应重点是释放焊接应力，在焊其余缝时，此道焊缝不能点焊，让其自由伸缩。待其余焊缝冷却后，在点固并加上门型卡具进行焊接，焊接时，也必须使焊工对称分布向同一方向分段跳焊。
（5）最后焊接预留收缩缝，全部焊接完毕后，待焊缝冷却方可拆除所有约束卡具。
三、焊接变形的控制
1、常见防变形措施
1）边缘板外缘300mm的焊接
根据焊接规范要求，边缘板的组对采用不等间隙，外侧先焊的部分较小，为6～7 mm，内侧较大，为8～12 mm，以便在先焊外侧300 mm的过程中，由于焊缝的热收缩间隙归于一致，保证焊后边缘板的平整度，防止出现局部突起。
2）中幅板搭接缝的焊接
焊接顺序总的原则先焊短缝，再焊长缝，最后焊预留收缩缝，从中心向四周放射性焊接。首先使中幅板由单块焊接成两块一组，再由两块一组焊成四块一组，以此类推。相邻的焊缝不宜同时施焊，应该隔一道焊一道。手弧焊封底从中间向两端采用分段退焊法焊接，分段长度以250-300mm为宜．每层焊道的接头应错开50～100mm。
3）边缘板与中幅板之间收缩缝的焊接
中幅板与边缘板的接口作为环向预留收缩缝在组对时不点焊固定，而采用龙门卡具和斜铁固定。焊接时先焊边缘板的径向预留缝，再焊中幅板的预留缝，最后才焊环向收缩缝。
2、改进焊接工艺防变形措施
将焊接工艺改进为CO2气体保护自动焊打底、埋弧自动焊盖面，可减少和预防焊接变形。焊接变形包括角变形及弯曲变形等。
3、 角变形
若以V型坡口对接后焊接，由于焊缝截面的形状不对称(上宽下窄)，因而焊缝沿厚度方向上的横向收缩不均匀(上大下小)，引起左、右两钢板绕焊缝的轴线转动(翘起)形成角焊缝。如果使熔深加大，熔宽减小，那么焊缝的下部所受到的横向收缩必然要均匀得多，产生的角变形也就小。CO2气体保护焊缝的横向收缩，相比手工焊焊缝的横向收缩均匀。CO2气体保护焊加大了电流的输入，可形成大熔深、小熔宽的焊缝，达到减少角变形的目的。
理论上讲，平焊位置的焊接，应首选埋弧焊，因为它既能保证焊接质量，又能获得较高生产率。从《焊接数据资料手册》查得焊道收缩量系数k，可知CO2气体保护焊与手工电弧焊相比，收缩量要小些，变形较小。
焊接方法 手工电弧焊 CO2保护焊 埋弧焊
k 0.052 0.043 0.074
CO2气体保护自动焊打底、埋弧自动焊盖面焊接工艺的改进在理论上是完全可行的。而且CO2气体价格便宜，电能消耗少，成本低，采用自动焊可大幅提高效率，缩短施工周期，经济效益更加显著。
四、结语
根据以上所述，控制大型储罐底板的焊接变形，不能单一考虑，应该综合考虑，从排版，到下料切割，在到焊接方案，都能影响焊接变形，在我公司多个分解槽施工项目施工中，正是采用了合理的施工方案及焊接方案，成功安装了多台分解槽，其中底板的焊接质量及焊后变形都在允许范围之内，完全满足了规范要求，取得了较好的效果。
参考文献：
【1】傅积和，孙玉林．焊接数据资料手册[S]．北京：机械工业出版社，1994．754
【2】GB50128-2005，立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范
【3】卞宗强．大型储罐底板的焊接方法．齐鲁石油化工，2000，28(4)：324-326