摘要:通过对大中型储罐底板焊接变形产生原因的分析，结合生产实践，制订了大中型储罐控制底板焊接变形的工岂措施．施T过程中取得较好效果。 关键词: 大中型储罐、底板、焊接变形、控制
Abstract: through the floor of large and medium-sized tank welding deformation of causes of the analysis, combining with the production practice, and developed a large and medium-sized storage tank bottom control welding deformation work or measures.; T process achieves good effects.
Keywords: large and medium-sized storage tanks, slab, the welding deformation, control
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A文章编号：
在石化行业中立式储罐一般是由很多钢板拼接制作而成，关键的部位之一是底板，底板焊接最不易控制的是变形。其中波浪变形最常见。采用合理的焊接方法和工艺可以有效地避免应力集中，提高罐底施工质量。本文以中原油田建设集团承建的10000m3油罐底板焊接为例，对大中型储罐底板焊接变形产生的原因及控制措施进行讨论。
一、 概述
10000m3储罐内径为30m，罐底边缘板材质为16MnR，厚度为10mm；罐底中幅板材质为Q235-B，厚度为8mm。其化学成分和力学性能分别见表1表2。
表1 16MnR和Q235-B钢板的化学成分 ％
表2 16MnR和Q235-B钢板的力学性能
二、焊接应力分析[1]
底板焊接后变形的主要原因是由于搭焊接焊缝的纵向、横向的收缩以及环形角焊纵向收缩造成的底板变形。
1 两薄板搭接角焊应力的分析
两板搭接角焊施焊时，焊接面温度高，非焊接面温度低，温度高的一面产生压缩塑性变形较大。冷却时，沿板厚出现不均匀的收缩，产生了角变形。如果在薄板搭接缝两侧外加横向水平力，两板在近似钢性固定条件下施焊，这样焊后角变形很小。此时焊缝应力很小，而横向应力对焊接变形起主导作用，如图1所示。
图1 薄板搭接焊缝应力分析
2 纵向应力引起的变形
电弧从板的一端施焊到另一端过程中，对薄板进行加热，由于中间温度高，受到两边温度低的金属反作用而产生压力。中间的应力与两边的应力是相互影响的，所以在焊后冷却时，中间部分产生拉应力，而在两边金属内部产生压应力，并达到相互平衡，最终焊缝纵向产生收缩变形，如图2所示。
由经验得知：薄板搭接连续角焊缝纵向收缩量为0.2～0.4mm/m。这样纵向收缩量很小，对底板焊接影响不大，可由搭对余量来弥补。
3 横向应力引起的变形
在平行及方向相反的两外力作用下两板搭接焊时，其施焊过程中是有先后的。先焊的一部分焊缝，因受后焊部分对它的压缩作用，减低了横向拉应力的数值，而邻近焊缝区域内金属因受热产生的膨胀，受到相邻冷金属的约束，产生压缩塑性变形，随热源移动，各点不断重复这种过程。冷却后，同钢杆在加热膨胀受阻时的情况相似，生成横向收缩变形。由经验得知：对于4-8mm厚的钢板搭接连续角焊横向收缩量为0.8～1.0mm/m。
三、焊接变形的控制
1、常见防变形措施
1.1边缘板外缘300mm的焊接
根据焊接规范要求[2]，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。
1.2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。
1.3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。
2.1 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，如图2所示。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。
图4 焊缝截面的形状不对称引起的角变形
2.2 其他
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》[3] 查得焊道收缩量系数k(见表3)，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。
表3 焊道收缩系数k
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、结论
我单位承建的4座10000m3和8座20000m3储罐采用了合理的焊接方法和有效的焊接工艺，经焊后实测，底板的局部凹凸度均小于50 mm，完全满足了规范要求，达到了预期的效果，受到了用户的好评，工程质量创优。
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
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。