淺析大型儲(chǔ)罐罐底的焊接變形

2019-10-05 方福凱福建省輕工業(yè)安裝公司

　　大型儲(chǔ)罐在石油化工裝置中是不可缺少的設(shè)備之一，而罐底嚴(yán)重的焊接變形會(huì)降低儲(chǔ)罐的承載能力及穩(wěn)定性，甚至使罐底底板報(bào)廢。因此，罐底是整個(gè)儲(chǔ)罐的關(guān)鍵部位，關(guān)系到整個(gè)儲(chǔ)罐制作安裝的成敗。

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，儲(chǔ)罐容量越來(lái)越大，現(xiàn)在上萬(wàn)立方米的儲(chǔ)罐比比皆是，罐底面積隨容量也增大。儲(chǔ)罐底板是由多塊條型中幅板和多塊弓型邊緣板拼接而成（見(jiàn)圖1 所示），是整個(gè)儲(chǔ)罐受力最大的部位。其焊接特點(diǎn)為：直徑大、板薄、鋼板厚度與儲(chǔ)罐底的寬度之比很小，剛度差，焊縫數(shù)量多，焊接應(yīng)力大，易產(chǎn)生焊接變形且變形量大，控制難度大。因此分析焊接變形的機(jī)理及各種影響因素，掌握其變化規(guī)律，采取有效的減少變形措施，控制罐底的焊接變形，確保儲(chǔ)罐罐底的制作質(zhì)量，是整個(gè)儲(chǔ)罐制作的重要環(huán)節(jié)。

1、罐底板焊接變形形成的機(jī)理

1.1、焊接局部的、不均勻加熱和構(gòu)件的剛性約束

　　焊接過(guò)程是對(duì)焊件進(jìn)行局部、不均勻的加熱過(guò)程，焊接時(shí)，高溫區(qū)域（焊縫及焊縫的焊接側(cè)）受熱膨脹，受周邊低溫區(qū)域的剛性阻礙而不能自由伸長(zhǎng)，產(chǎn)生熱塑性變形，冷卻時(shí)，高溫區(qū)域因熱塑性變形而產(chǎn)生收縮量大，低溫區(qū)域產(chǎn)生收縮量小，這種不平衡的內(nèi)部收縮導(dǎo)致底板產(chǎn)生凝縮應(yīng)力和凝縮變形。

1.2、金相組織的轉(zhuǎn)變

　　焊接時(shí)，高溫區(qū)域的組織由珠光體變成奧氏體，冷卻后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌象w，如珠光體加索氏體、索氏體加屈氏體等，甚至轉(zhuǎn)變馬氏體(如圖2 所示)，且焊接的加熱與冷卻速度都較快，焊后組織極不均勻，因此，焊縫及熱影響區(qū)的硬度和脆性隨之增大，延伸率和斷面收縮率也隨之加大，底板產(chǎn)生組織應(yīng)力和組織變形。

　　凝縮變形和組織變形的共同作用，使底板產(chǎn)生縱向收縮變形和橫向收縮變形，通過(guò)這兩種變形引起底板的各種變形，如收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等，而罐底的焊接變形主要是收縮變形、角變形、波浪變形。

2、防止和減少罐底板變形的方法

　　防止和減少罐底板變形的方法：在保證焊的前提下，盡量降低焊接線能量；減小焊接區(qū)與整體結(jié)構(gòu)之間的溫差；最大限度地減少底板在接過(guò)程中的剛性約束；提高構(gòu)件的剛度；控制組織相變，盡量減少淬硬組織，且使組織細(xì)化、均勻；減少焊接應(yīng)力并使應(yīng)力均勻分布。

3、罐底板變形的控制

3.1、制定合理的排版設(shè)計(jì)方案

　　(1)罐底板的排版直徑按其設(shè)計(jì)圖紙直徑放大0.15～0.2%，以補(bǔ)償焊縫的縱向和橫向焊接變形收縮量。

　　(2)盡量選擇大規(guī)格鋼板。由于焊縫的縱向收縮量與焊縫長(zhǎng)度成正比，采用大規(guī)格鋼板后，罐底板的焊縫長(zhǎng)度大量減少，縱向收縮變形也相應(yīng)地減少，同時(shí)減少焊接工作量，降低材料消耗，節(jié)約人力和物力，縮短工期，提高效益。

　　(3)采用帶墊板的對(duì)接焊縫（見(jiàn)圖3 所示）或者Z 形搭接焊縫（見(jiàn)圖4 所示），相當(dāng)于鋼板在焊接位置增加了加強(qiáng)筋，增強(qiáng)了底板的結(jié)構(gòu)剛度，抵抗失穩(wěn)變形的能力得到加強(qiáng)，使橫向收縮變形與角變形變小，同時(shí)避免因?yàn)樘岣邉偠榷黾庸薜装逭w厚度而造成施工成本的浪費(fèi)。