石油储罐单盘板焊接变形控制.pdf

第 3 9卷增 刊 1 2 0 1 0年 8月 石油化工设备 PE TR I CHE M I CAL EQUI P MENT Vo1 ．3 9 Su pp l e me n t 1 Aug． 2 01 0 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 增 刊 1 - 0 1 0 9 0 3 石油储罐 单盘板焊接变形控 制 朱海英 J a 海高桥捷派克石化工程建设有限公司 ，上海 2 0 0 1 3 7 摘 要 分析 了石 油浮顶储罐 建造 中单盘板 焊接 变形 的原 因， 并提 出 了相应 的控 制措 施 ， 将 其应 用 于 2 1 0 m。 石油浮顶储罐建造 ， 有效降低 了焊接过程 中的变形， 确保 了单盘板的施 工质量。实践证 明 ， 所采 用的控 制措施 合 理有 效 。 关键 词 石油浮顶储罐；条形单盘板；焊接变形；控制措施 中图分类 号 TQ 0 5 3 ． 2 文 献标 志码 B 铆 p H 值 图 3 析氢及吸氧反应平衡 电位与溶 液 p H值关 系 5 解 决措 施 5 ． 1 设 计 设 计 人 员应 深 入 了解 生产 实 际 ， 详 细分 析 管 道 设 备 的使用 条件 ， 做 好 选 材 和工 艺 设 计 。应 在 相关 技 术文 件 中明确要 求 3 0 4不锈 钢焊 后及 时进行 酸洗 钝 化 。在管线 工艺 设 计 中应加 设 放 空 阀 ， 以便输 送 完毕后及时放空碱液， 从而避免和减少腐蚀的发生。 5 ． 2 施 工 施工单位制定的焊接工艺评定应防止敏化现象 的发生 。焊接过 程 中 ， 施 工人 员 应 严 格 按 照合 格 的 焊 接评定 工 艺 要 求 进 行 焊 接 ， 采 用 小 线 能 量 、 焊 条 焊丝 不做横向摆动、 多道焊并严格控制层 间温度 的方法， 同时采用超低碳、 高镍或钛的奥氏体焊接材 料 ， 以杜绝 晶界贫 铬 ， 从 而 防止 晶间腐蚀 发生 。 6 结语 对 3 0 4不锈钢管线发生晶间腐蚀的原因进行了 分析 ， 并提出了相应的改进措施 ， 对同类的腐蚀防护 具 有借 鉴意 义 。 参 考 文献 [ 1 ] 左 禹 ， 熊金平． 工程材料及其耐 腐蚀性[ M] ． 北京 中 国石化 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 岳丹 ， 刘峰 ， 付婧 ． 奥 氏体不 锈钢损伤 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变形 产 生 的 原 因 ， 提出 了相应 的 控 制 措 施 ， 并 将 其 应 用 于 一 台 2 l O m。 石 油 浮顶 储 罐 单 盘 板 的 制作 。文 中介 绍 相关 内容 。 l 单盘板焊接变形产生原 因 石油浮顶储罐单盘板焊接变形的大小与所选用 单 盘板 的规格 、 排 版 方法 、 焊 接 方 法 、 焊接 顺 序 有很 大关系。一般情况下， 焊接后存在于平板 中焊缝 附 近 的 内应 力是拉 应 力 ， 离 开焊 缝 较 远 的 区域 为 压应 力 。在压 应力 的作用 下 ， 薄 板可 能失稳 ， 产生 波浪变 形 。板 的厚度越 小 、 板宽越 大 ， 则 失稳 的临界 应力越 小 ， 越 容 易出现失 稳现 象_ 】 ] 。此外 ， 大型储 油罐 单盘 板 的焊接 变形 主要是 受焊缝 纵 向收缩 引起 的失稳变 形 ， 设 计 时选用规 格较 小 的板材 ， 势 必增 加拼 接焊缝 的总量 ， 由于焊缝 纵 向收缩 量 的大 小 与焊 缝 总 长成 正 比， 拼 接焊缝 的 总量增加 ， 必然 加大 了焊缝 的纵 向 收缩量。焊缝的纵 向收缩量增大， 产生的压应力数 值必 然提 高 ， 更容 易达 到单 盘板材 料 的屈 服点 ， 从而 可 大幅增 加产生 波 浪变形 的可能 。 2 控 制焊接变形措施 本 例 中 ， 2 x 1 0 m。 石 油 浮 顶 原 油 储 罐 单 盘 板 的单盘直径达到 3 6 m， 其材质为 Q2 3 5 一 A， 厚度为 5 ml T l 。显 然其 直 径 较 大 但 板 厚 较 薄 ， 这 为 波 浪 变 形 的产生提供了条件 。因此选择合理 的单盘板规 格 、 排 版 方 法 以及 焊 接 工 艺 是 降 低 变 形 最 有 效 的 途 径 。 2 ． 1 钢板 规格 通 过提 高临界 应力减 小单 盘板 的波浪变 形是 控 制单盘板焊接变形的途径之一 ， 根据文献[ 2 ～5 ] ， 为 提高单盘板的临界应力 ， 制造单盘板的钢板 的宽度 应不大 于 1 ． 2 m。但 是 ， 钢 板 的宽 度减 小 ， 必 然会 增 加纵 向焊 缝 的长 度 ， 增加 焊 缝 的 纵 向收 缩 量 ， 因此 ， 钢板 的宽度过 小并 不是最 好 的选择 。根据笔 者经 验 和 以上 2种 因素 ， 2 1 0 m。 石 油浮 顶原油储 罐单 盘 板 的制造 钢板宽 度 采用 1 ． 8 m。 2 ． 2 排版 形式 单 盘板 的排 版 形式 一 般有 条形 和 人 字形 ， 根 据 经验和材料情况 ， 采用条带形排版结构， 将长焊缝变 为分 段 的短 焊缝 ， 而且 焊缝在 4个象 限均匀 分布 。 这种 排版结 构能 均衡 焊 缝存 在 的 内应力 ， 更 有 利 于 控制单盘板的焊接变形 。 2 1 0 m。 石油浮顶原油储罐的单盘板的排版 示意 图见 图 1 。 Ⅱ 图 1 石油储罐单龋板排版示意 图 2 ． 3 焊接工艺 单 盘板 的 焊缝 为搭 接 结 构 ， 采 用 手工 电弧焊 焊 接 ， 运用小电流、 小 电压 的工艺参数 ， 以此减小塑性 变 形 区 ， 从而 降低压应 力 的数值_ 7 ] 。 焊缝 的横 向收缩 量或纵 向收缩 量均 与焊缝 的截 面成正 比， 若 焊缝分 两层焊 接 ， 则第 1 层 引起 的收缩 量 最大 ， 而第 2层仅有 第 1 层 的 2 O 左右 ] ， 因此 ， 对 于厚度 5 mm 的碳 钢单 盘板 ， 宜采用 两层 焊接 ， 以 大幅降低变形量。 焊接工艺 参数见 表 1 ll 9 ] 。 表 1 2 X 1 0 n l 3 石油浮顶原油储罐 单盘板 焊接工艺参数 按图 1所示 ， 单盘板 中心线把单盘板分成相对 独立 的 4个 区块 ， 先 焊 这 4个相 对 独 立 的 区块 内所 有的短焊缝 ， 即将钢板板宽方向上 的连接缝连成长 条， 如图 1上所示 I处短焊缝， 待此短焊缝焊接完成 以后 ， 再进行较长焊缝 的焊接[ 1 ， 如图 1所示 Ⅱ处 焊缝 。 在进行独立 的区块 内焊缝焊接时 ， 以两块板为 一 个 单元 ， 从 中心向两 端 隔一条 缝 焊一 条缝 _ 1 。使 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增刊 1 朱海英 石油储 罐单盘板焊接变形控制 用这种 顺序 进行 焊 接 ， 可 以使 单 盘 板 的焊 接完 全 在 自由状 态下 进行 ， 焊 缝 在焊 接 过 程 中不受 其 他 钢 板 的拘束 ， 焊 接过程 中产 生 的拉应力 和压 应力 很小 ， 产 生 的焊接变 形小 。 4个 相对独 立 的区块 内所 有 短焊 缝 焊 接完 成 以 后， 进行单盘板通长缝的焊接， 如图 1上所注Ⅲ处 的 焊缝 。以通 长缝 的 中心 为 界 ， 将 通 长缝 分 为两 段 对 称进行 焊接 。这 种 方式 焊 接 ， 不 仅 可 以减 少 一 次 焊 接长度 ， 减少焊后变形 ， 而且可以通过对称焊接， 抵 消焊接 过程 中产 生 的焊 接 应 力 ， 最 终达 到 控 制 焊 接 变形 的 目的 。 2 ． 4 焊接注意事项 焊 接过 程 中应 注意 以下 事项 。 1 每道 焊缝 焊接前 ， 必须 把 四周组 对时 的焊 点 铲开 ， 保 证能 够较 大程度 的 自由收 缩 。 2 无论 短缝 还 是 长缝 ， 在表 面 焊 接 前 ， 须 对 背 面先进 行间断 焊 ， 以均衡 内应力 ， 减 少焊 接变形 。 3 所有 焊 缝 焊 接 必 须 采 用 分 段 退 焊 法口 ， 较 长 焊缝还 应对称 焊接 ， 见 图 2 l 1 。因为分 段焊 接时 ， 焊缝 有 多个起 点和 终 点 ， 降 低 了应 力 达 到 屈 服极 限 的长度 ， 焊缝总 长范 围 内应 力平 均值 降低 ， 发生 塑性 变形 的 区域减 小 ， 从 而使 焊 接 收 缩 量变 小 。焊接 时 的焊缝 越短 ， 焊 件受热 也越 少 ， 为了避 免产 生较 大 的 应力 ， 必须使 每 段 的 长度 适 当 。这 一 长度 应不 超 出 焊完 1根焊条所能完成 的长度 ， 以免当后一段焊缝 的终点到达前一段焊缝的起点时 ， 起点 已经冷却了。 焊接分 两层进 行 ， 第 2 层 也应 按此 法焊 接 ， 但 是接 头 必须与 第 1 层 焊 缝 错 开 。焊 接焊 缝 时 ， 需 将 两 层 焊 完 ， 再 焊另 一 条， 切不 可普 遍 焊完 第 1层后 再 焊 第 2层 。 匕二 a 搭接结构 歪釜 向 f 匹 S ‘ S ‘ 蹑 “S ‘ “ ‘ ‘ S ‘ ‘ ‘ “ ‘ ‘ ‘ S ‘ ‘ ‘ ‘ ‘ ‘ 蹑 “ b 施 焊 方 向 图 2分段退焊法示意图 2 ． 5 变形矫正方法 ] 焊接 变形 是 伴 随着 焊 接 过程 出现 的 ， 是 不 可 避 免的， 在实际施工当中， 只能尽可能地采用合理的工 艺、 冶金 措施 去减少 焊后 变形 ， 不 可能完 全消 除焊 接 变 形 。在焊 接过 程 中， 为 了 把焊 接 变 形 控 制在 一 定 范 围 内 ， 可 以采用 适 当矫正 变形 的方法 ， 进 行一定 范 围的变形矫正。方法是 在单盘板焊缝焊接过程 中， 一 边进行焊接， 一边趁热使用铁锤锤击焊道两侧 ， 使 热影响区金属受力 ， 产生压缩塑性变形 ， 释放部分焊 接应力 。也可通过铁锤 的大力锤击， 让焊缝金属产 生 反方 向机械 变形 ， 以抵 消 焊接变 形 。 3 结 语 采 用文 中所 述 控制 单 盘 板变 形 的 技术 措施 ， 经 过认 真施 焊 ， 单盘 板 焊接 后 的变 形 均控 制在 规 范 的 要求范围内， 取得 良好的效果 ， 确保了 2 1 0 m。 石 油储罐 的施工质量 。该油罐在使用 3 a后 ， 其单盘 板仍如初制 ， 无 明显变形 。 参 考 文 献 [ 1 ] 中国机械工程 学会焊 接学会 ． 焊接手 册③ [ M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 3 曾晓 红 ， 向 凯 ， 宋瑞 燕． 焊 接 应 力 和焊 接 变形 控 制 [ J ] ．石油化工设备 ， 2 0 0 9 ， 3 8 2 5 9 - 6 3 ． [ 3 ] 奥 布 洛德 盖 特 ， 顾慰 祖．焊接 变 形 的控 制与 矫 正 下 [ J ] ．钢结构 ，1 9 9 5 ， 1 4 3 5 2． [ 4 ] 奥 布洛德盖特．焊接 变形的控 制与矫正 上 [ J ] ．钢 结构 ， 1 9 9 4 ， 4 2 5 3 2 6 2． E 5 ] 邵永帅 ， 刘绍 宽 ， 关川 I ． 钢构件 变形 的火焰校 正方法 [ J ] ．石油化工设备 ， 2 0 1 0 ， 3 9 4 5 9 6 0． [ 6 ] 周 振 丰． 张 文钺 ． 焊 接 冶 金 与 金 属焊 接 性 第 2版 [ M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 7 ] 姜焕 中． 电弧焊 与电渣焊 第 2版 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出版 社 ， 1 9 8 8 ． [ 8 ] 张静政 ， 张异 ， 汤兰风． 高级电焊工应知应会问答 第 2版 [ M] ． 上海 上海交通大学 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 9 ] 中国机械工程学 会焊 接学会． 焊 接手 册① [ M] ． 北京 机 械 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 2 ． 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