大型油品儲罐底板焊接變形控制

1、筑 龍網(wǎng)WW W.ZH UL ON G.CO M大型油品儲罐底板焊接變形控制摘要:大型油品儲罐底板焊接變形的控制,關(guān)系著整個油罐制作安裝的成敗。本文以工程實例闡述了罐底板排版設(shè)計、焊接工藝選擇、焊接施工程序控制的優(yōu)化配置,使罐底板焊接變形得到了有效控制,提高了罐底板施工質(zhì)量,同時縮短工期、降低成本,獲得了較好的經(jīng)濟效益。主題詞:排版型式 焊接工藝 變形控制 0 概述目前大型油品儲罐的罐底板基于罐整體使用壽命和安全可靠性考慮,均采用全對接(帶墊板接頭型式,這種焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計型式無疑增加了焊接施工的技術(shù)難度。我司在福建煉油廠新油庫區(qū)204單元4臺50000m 3成品油罐工程施工過程中,通過罐底板焊接

2、結(jié)構(gòu)特點、焊接變形規(guī)律分析,焊接工藝評定試驗和現(xiàn)場焊接模擬實驗,根據(jù)到貨材料規(guī)格,進行了罐底板排版設(shè)計,采用了罐底中幅板“偶縱列丁字型排版法”、 “墊板預(yù)留收縮縫”、“藥芯焊絲CO 2半自動焊工藝”,形成了完善的焊接施工技術(shù)方案,并且在施工過程始終嚴格執(zhí)行“焊接施工程序控制”,使油罐底板局部凹凸度平均值27.48mm,最大變形量為標準允許值2/100L 的65%,施工質(zhì)量優(yōu)良。受到中石化北京設(shè)計院和福煉廠工程質(zhì)量監(jiān)督站的高度評價和贊賞,該工程投產(chǎn)次年榮獲“福建省優(yōu)質(zhì)工程獎”。1 罐底板排版設(shè)計 1.1 焊接結(jié)構(gòu)特點分析 儲罐罐底板由弧形邊緣板、中幅板、墊板組成。每臺油罐底板總重約195t,面積

3、2850m 2,接縫總長約2400m,包括墊板的對接、T 型接頭,設(shè)計規(guī)范要求全焊透(帶墊板的對接接頭。這種結(jié)構(gòu)要求對底板的相對自由澎脹、收縮很不利,勢必加大底板與墊板之間的錯位剪切應(yīng)力,容易造成波浪變形和扭曲變形。罐底板主要設(shè)計參數(shù)(見表1.1表1.1 五萬m 3成品油罐底板材質(zhì)、規(guī)格及重量名稱材質(zhì)規(guī)格(mm 數(shù)量(塊 重量(t中幅板 SS41 8000×1800×8200 165.58 墊板 Q 235AF 100×82400 m 6.77 邊緣板 SPV 355 9500×1250×142023.001.2 罐底板排版型式選擇通常罐底板的

4、排版型式有:條型、人字型、丁字型排版法。根據(jù)到貨材料規(guī)格,我們經(jīng)過分析對比,選擇了“偶縱列丁字型排版法”(指面朝建北罐底縱向鋪設(shè)的中幅板列數(shù)為偶數(shù)的丁字形排板型式。詳細參見圖1.2“底板排板圖比較”。原設(shè)計“奇縱列丁字型排版圖” 修改后“偶縱列丁字型排版圖”圖1.2 罐底板排版圖比較1.橫向排列中幅板2.縱向排列中幅板3.弓形邊緣板4. 清掃孔底板筑龍網(wǎng)WW W.ZH UL ON G.CO M1.3 應(yīng)用這種排板法有以下特點:2.25 :l,短縫約占接縫總長度的70%,按“先短縫后長縫”的施焊程序,中幅板大部分接縫都可以在處于相對自由膨脹收縮的狀態(tài)下施焊,使中幅板整體變形趨向于最小。2 焊接工

5、藝選擇2.1 焊接變形規(guī)律分析:由于焊接熱過程的局部性,瞬時性和移動性,焊接應(yīng)力引起的焊接變形是必然存在的。要控制焊接變形的大小,就必須找出它的主要影響因素,分析變形的方向,變形的量值和變形的規(guī)律,通過選擇恰當?shù)暮附庸に嚪椒?進行必要的試驗和比較,編制合適的焊接工藝規(guī)程,使焊接應(yīng)力應(yīng)變趨于最小。2.2 “藥芯焊絲CO 2半自動焊接工藝”最近在生產(chǎn)上得到廣泛運用,是因為它的焊接坡口角度少,焊縫截面積小,既可以節(jié)省焊材又可以提高焊接速度,同時焊接變形相比較埋弧焊和手工電弧焊都要小。是一種高效率的焊接新技術(shù)。2.3 通過可行性分析和焊接工藝試驗綜合論證:罐底板焊接采用“藥芯焊絲CO 2半自動焊接工藝

6、”,同時兼有手工電弧焊的靈活性和埋弧自動焊的高效性,同時避免了埋弧自動焊線能量大焊接變形大,手工電弧焊焊縫成形系數(shù)大效率低變形大的缺點。2.4采用“藥芯焊絲CO 2半自動焊接工藝”,罐底中幅板板厚僅8mm 不必開坡口(I 型坡口直接窄間隙組對施焊,可以減少中幅板的預(yù)制工序,節(jié)省時間,降低成本。同時,又有利于企業(yè)施工資源的優(yōu)化配置,提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。3 焊接施工程序控制3.1 罐底板在施工過程必須始終嚴格執(zhí)行的施焊總程序為:先橫后縱,由中心向四周;先焊短焊縫,后焊長焊縫;焊工均勻分布,對稱同時同步,分段跳焊退焊。3.2 罐底板墊板自身的接頭可采用對接雙面焊,焊后表面應(yīng)磨平,確保與底板接觸間

7、隙<1mm。鋪設(shè)時所有橫向墊板T 型接頭處都應(yīng)“預(yù)留收縮縫”,縱向墊板每隔816m 也應(yīng)“預(yù)留收縮縫”,預(yù)留收縮量應(yīng)與中幅板預(yù)算收縮量保持一致。3.3 罐底中幅板短焊縫點焊和正式施焊時,應(yīng)在每條接縫端頭兩側(cè)、各單元接縫兩邊焊上臨時限位板(250×4mm 扁鋼,以控制各單元短縫之間、短縫與長縫之間的組對間隙和平整度。詳見下圖3.3 圖3.3 中幅板短縫組對間隙限位卡具及各單元焊接順序示意圖。筑 3.4 中幅板短焊縫由兩名焊工從中間向兩邊同時同步對稱施焊,根層應(yīng)采用分段跳焊退焊法,面層應(yīng)采用分段退焊法,層間接頭至少錯開5cm。所有橫焊縫與長焊縫T 型對接的丁字縫,都必須預(yù)留200m

8、m 的“預(yù)留收縮縫”,等列板之間縱向長縫焊完后施焊。具體焊接順序見圖3.4。圖3.5 中幅板長縫焊接順序示意圖3.6 所有中幅板與弓形邊緣板T 型對接的丁字縫,都必須預(yù)留400450mm 的“收縮縫”,待罐壁板與罐底板大角縫焊接完畢再進行最后施焊。3.7 罐底弓形邊緣板應(yīng)先焊靠外邊緣300mm 部位的對接縫,焊后必須按設(shè)計要求進行100NDT 探傷合格后,方可調(diào)整組對底圈壁板。焊接方向應(yīng)由內(nèi)向外,采用焊工均勻分布、隔縫對稱施焊法。其墊板應(yīng)伸出外側(cè)20mm 作引(熄弧板,焊接完成后再割除。 3.8 弓形邊緣板罐內(nèi)側(cè)剩余部分應(yīng)在罐底板大角縫焊接完畢,弓形邊緣板與中幅板之間的對接縫(即龜甲縫焊接前采

9、用焊工均勻分布、由內(nèi)向外、同時同步同方向?qū)ΨQ施焊。3.8 罐底板與底圈罐壁板大角縫應(yīng)平均分成n 段,由n 名焊工/自動焊機同時同步同向?qū)ΨQ施焊,先焊內(nèi)側(cè)根層焊道,再焊完外側(cè)角縫,最后焊接內(nèi)側(cè)其余各層焊道。焊前應(yīng)采用剛性支撐固定罐壁板與弓形邊緣板,直到弓形邊緣板與中幅板之間的對接縫焊完后拆除。筑龍網(wǎng)WW W.ZH UL ON G .CO M3.9 最后焊弓形邊緣板與中幅板之間的對接縫(即龜甲縫時,宜采用焊工沿圓周均勻分布,隔縫對稱同時同步同方向施焊,其根層應(yīng)采用分段跳焊退焊法,面層應(yīng)采用分段退焊法。4.主要焊接工藝參數(shù)表4.1 罐底中幅板主要焊接工藝參數(shù)層 次焊接方法 層 道 焊材牌號焊絲直徑m

10、m 電源 極性 焊接電流A 電弧電壓 V 氣體流量CO 2 l/min CO 2W 1 1 AWSE71T-1 1.6 DC- 250270 2628 2025 CO 2W 2 1 AWS E71T-1 1.6 DC- 240260 2426 2025 SMAW 1 1 J427 2.5 DC+70801820/ SMAW22J4273.2DC+ 1001202022/5.結(jié)論5.1焊接應(yīng)力引起的焊接變形是不可避免的,只能控制它的大小。要控制焊接變形的大小,就必須找出它的主要影響因素,分析變形的方向,變形的量值和變形的規(guī)律,通過經(jīng)驗公式計算,選擇恰當?shù)暮附臃椒?進行必要的試驗和比較,編制合適的

11、焊接工藝規(guī)程,使焊接應(yīng)力應(yīng)變趨向于可以接受的程度。5.2大型儲罐底板中幅板“偶縱列丁字型排版法” 有利于中幅板貼緊“圓錐形”基礎(chǔ)面,整個底板焊接接縫布置合理,焊接應(yīng)力分布較為均勻,底板變形相對較小。5.3采用“墊板預(yù)留收縮縫”,罐底板鋪設(shè)時所有橫向、縱向墊板T 型接頭處,以及縱向長墊板都“預(yù)留收縮縫”,整個底板大部分接縫在施焊過程中都可以處于相對自由膨脹收縮狀態(tài),使罐底板整體焊接變形趨向于最小。5.4罐底板焊接采用“藥芯焊絲窄間隙 CO 2半自動焊工藝”,罐底中幅板板厚僅8mm 不必開坡口直接窄間隙組對施焊,可以減少中幅板的預(yù)制加工工序,節(jié)省時間,降低成本。同時兼有手工電弧焊的靈活性和埋弧自動焊的高效性,避免了埋弧自動焊線能量大焊縫成形系數(shù)大焊接變形大,手工電弧焊效率低變形大的缺點。5.5 通過福建煉油廠新油庫區(qū)四臺50000m 3成品油罐工程實踐證明,我司選擇的 “偶縱列丁字型排版法”、“墊板預(yù)留收縮縫”