蔚山现代对川崎前锋盈亏指数:淺析大型儲罐罐底的焊接變形

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  大型儲罐在石油化工裝置中是不可缺少的設備之一,而罐底嚴重的焊接變形會降低儲罐的承載能力及穩定性,甚至使罐底底板報廢。因此,罐底是整個儲罐的關鍵部位,關系到整個儲罐制作安裝的成敗。

  隨著經濟的發展,儲罐容量越來越大,現在上萬立方米的儲罐比比皆是,罐底面積隨容量也增大。儲罐底板是由多塊條型中幅板和多塊弓型邊緣板拼接而成(見圖1 所示),是整個儲罐受力最大的部位。其焊接特點為:直徑大、板薄、鋼板厚度與儲罐底的寬度之比很小,剛度差,焊縫數量多,焊接應力大,易產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理及各種影響因素,掌握其變化規律,采取有效的減少變形措施,控制罐底的焊接變形,確保儲罐罐底的制作質量,是整個儲罐制作的重要環節。

儲罐排版及長焊接順序

1、罐底板焊接變形形成的機理

1.1、焊接局部的、不均勻加熱和構件的剛性約束

  焊接過程是對焊件進行局部、不均勻的加熱過程,焊接時,高溫區域(焊縫及焊縫的焊接側)受熱膨脹,受周邊低溫區域的剛性阻礙而不能自由伸長,產生熱塑性變形,冷卻時,高溫區域因熱塑性變形而產生收縮量大,低溫區域產生收縮量小,這種不平衡的內部收縮導致底板產生凝縮應力和凝縮變形。

1.2、金相組織的轉變

  焊接時,高溫區域的組織由珠光體變成奧氏體,冷卻后,奧氏體轉變為混合體,如珠光體加索氏體、索氏體加屈氏體等,甚至轉變馬氏體(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,底板產生組織應力和組織變形。

低合金鋼焊接CCT 圖

  凝縮變形和組織變形的共同作用,使底板產生縱向收縮變形和橫向收縮變形,通過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;減小焊接區與整體結構之間的溫差;最大限度地減少底板在接過程中的剛性約束;提高構件的剛度;控制組織相變,盡量減少淬硬組織,且使組織細化、均勻;減少焊接應力并使應力均勻分布。

3、罐底板變形的控制

3.1、制定合理的排版設計方案

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

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

  (3)采用帶墊板的對接焊縫(見圖3 所示)或者Z 形搭接焊縫(見圖4 所示),相當于鋼板在焊接位置增加了加強筋,增強了底板的結構剛度,抵抗失穩變形的能力得到加強,使橫向收縮變形與角變形變小,同時避免因為提高剛度而增加罐底板整體厚度而造成施工成本的浪費。

  (4)罐底板排版時,長焊縫應沿著罐底中心線排列對稱,弓形邊緣板以罐底的圓心為中心對稱布置,這可以相互抵消大部分焊接變形,也為防止變形工藝措施的有效控制創造有利條件。