孟耀華

中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原 030021

中化二建集團(tuán)有限公司承攬的15 萬m3原油儲罐，單臺直徑94m，高度24m，重量約3070t，容量15 萬m3。該儲罐一共由9 帶板組成，第一帶至第六帶壁板的材質(zhì)為12MnNiVR。第一帶壁板厚42mm，由20 塊長15m、寬3m 的鋼板組合而成，其中有一塊鋼板上有8 個人孔和接管要焊接，人孔直徑φ600mm，接管直徑最大為φ700mm。由于開孔尺寸比較大，鋼板比較厚，在焊接過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致變形嚴(yán)重等。針對這些變形進(jìn)行分析，采取在焊接人孔和接管過程中用剛性固定方法和設(shè)計(jì)專用胎架等措施進(jìn)行質(zhì)量控制。在焊接前制定了剛性固定施工方案，并設(shè)計(jì)專用胎具來固定壁板，從下料、卷筒、組裝、焊接過程進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保將焊接變形控制到最小。

1 開孔板焊接變形原因分析

（1）首先要按照圖紙和規(guī)范要求進(jìn)行開孔，尺寸過大或過小都會影響焊接質(zhì)量。尺寸過大焊接收縮量大，變形嚴(yán)重，尺寸過小則會造成焊接未熔透。

（2）開孔板在卷板機(jī)卷制過程中，首先要對樣板進(jìn)行檢查確認(rèn)，在卷板過程中要隨時用曲率樣板檢查，確保樣板弦長符合規(guī)定要求；弧板卷制完成經(jīng)復(fù)測合格后放置于專用胎架上，以免弧板弧度發(fā)生變化影響組對。

（3）同一張鋼板上焊接8 個大小不一的孔產(chǎn)生的收縮變形不同，所以在焊接前對大于φ200mm 的孔全部進(jìn)行剛性固定，保證接管局部變形最小，如圖1 所示。

圖1 人孔、接管剛性固定

（4）焊接補(bǔ)強(qiáng)板和壁板過程中，要按照多層多道焊接且采用小電流焊接方法，嚴(yán)禁一遍焊接成型。12MnNiVR材質(zhì)在焊前必須加熱到100℃以上，防止裂紋、氣孔產(chǎn)生。儲罐壁板與接管、補(bǔ)強(qiáng)板的焊接，由于其剛性較大，焊接殘余應(yīng)力相應(yīng)較大，若焊后馬上將剛性卡具拆除，也會產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接殘余變形。故焊后要對整張開孔板進(jìn)行熱處理，以消除內(nèi)部殘余應(yīng)力。本臺儲罐接管剛性卡具是在20張壁板組對焊接完成后才進(jìn)行拆除，很好地預(yù)防了壁板變形。

（5）在焊接前，要把整張壁板立起來固定在專用胎架上，以方便對稱施焊。如果鋼板平放施焊，容易造成鋼板自由舒展，在其重力和焊接局部受熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生較大的焊接變形，且在焊接完單面后還需翻板增加工作量，關(guān)鍵是卷制好厚板在平放焊接過程中弧度收縮變形后很難修復(fù)。

2 開孔板焊接變形控制工藝措施

為了防止儲罐壁板在卷制、開孔、焊接過程中產(chǎn)生變形，經(jīng)過研究分析，采用多種防變形措施，并制定了合理的施工工藝。

2.1 開孔前精確排版放樣

本臺儲罐每圈壁板20 張，在開孔前要對20 張壁板整體進(jìn)行排版，按照規(guī)范要求保證人孔與壁板有6～8mm組裝間隙，確保在焊接時能夠全熔透。對接管開孔等不容易控制的尺寸，要求技術(shù)人員在電腦上放樣，測量出精確尺寸。開孔過程中采用半自動火焰切割機(jī)切割，嚴(yán)格控制火焰切割量。切割完成后對孔整體一圈進(jìn)行打磨，保證無氧化皮和夾渣。由于壁板開孔破壞了壁板連續(xù)性，消弱了壁板的強(qiáng)度，所以在焊接過程中容易產(chǎn)生變形?？讖皆酱?，焊縫越長，填充金屬越多，造成焊接熱輸入量越大，變形就越嚴(yán)重，所以在開孔過程中要嚴(yán)格控制下料切割尺寸。

2.2 補(bǔ)強(qiáng)圈的合理預(yù)制

人孔、進(jìn)油孔的補(bǔ)強(qiáng)圈面積比較大。在預(yù)制過程中對整張板材進(jìn)行卷板機(jī)卷制，其曲率半徑應(yīng)和人孔、進(jìn)油孔等開孔板的曲率半徑相同，卷制完成后再進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)圈的放樣和下料。曲率半徑相同的補(bǔ)強(qiáng)圈可以更好地與開孔板貼合，焊接時不會因?yàn)檠a(bǔ)強(qiáng)圈和開孔板的間隙過大而使得開孔板的曲率半徑發(fā)生變化，更好地控制了焊接的變形。

2.3 使用工裝，采用剛性固定

人孔、接管在焊接過程中收縮變形較大，在焊接接管時如果控制不好，接管處罐壁容易塌陷，因此焊接前必須進(jìn)行剛性固定。剛性固定法是指在焊接時，將焊件固定在具有足夠剛性的基礎(chǔ)上，保證焊件在焊接時不移動，焊后完全冷卻再將焊件放開，這時焊件的變形要比在自由狀態(tài)下焊接所發(fā)生的變形小。施工過程中采用了厚度12mm鋼板條對人孔和接管四周進(jìn)行剛性固定，也稱“井”型固定，如圖2 所示。且在焊接φ500mm 以上孔進(jìn)行了千斤頂剛性固定，以防止接管焊接收縮變形，如圖3 所示。

圖2 接管剛性固定

圖3 預(yù)防接管收縮變形

2.4 壁板胎架設(shè)計(jì)制作

在焊接接管和補(bǔ)強(qiáng)板時，為防止焊接變形，采用對稱施焊方法。所以壁板必須立起來擺放，由于壁板（長15m、寬3m）立起來容易傾倒，在施工過程中設(shè)計(jì)了工字鋼專用胎架（圖4）。胎架長8m、高1.5m，地面支撐梁每根長大于6m，保證了15m×3m 鋼板立起來穩(wěn)定安全，且焊工在焊接過程中容易操作。開孔板焊接完成后，需要把鋼板平放進(jìn)行倒運(yùn)。由于鋼板長度較長，而且鋼板上焊接了接管，放置過程中特制作了長15m、寬3m 的臨時胎架（圖5），保證了焊接完成后開孔壁板弧度不受自身重量壓制而變形。

圖4 專用焊接胎架

圖5 開孔板擺放胎架

2.5 合理安排焊接工序

（1）焊接前對所有大于φ200mm 孔進(jìn)行剛性固定,檢查每個接管與壁板的組裝間隙和打磨情況。高強(qiáng)鋼焊接前必須對焊縫加熱至100～150℃，如果溫度低于100℃，要立即停止施焊進(jìn)行重新加溫；焊條要烘烤至350℃并在350℃的恒溫條件下保持1h；焊工在焊接過程中必須對稱施焊，嚴(yán)禁單面施焊，并且焊接時應(yīng)多層多道對稱施焊，用小電流焊接，防止因?yàn)楹缚p的熱輸入量大而產(chǎn)生較大的應(yīng)力變形。焊接參數(shù)如表1 所示。

表1 焊接參數(shù)

（2）補(bǔ)強(qiáng)板在焊接前必須點(diǎn)焊加固，保證隔200mm焊接100mm。如果點(diǎn)焊點(diǎn)過小，則在焊接過程中容易開裂。補(bǔ)強(qiáng)板焊接也必須是多層多道焊接。儲罐開孔板嚴(yán)禁單層單道焊接，因?yàn)閱螌訂蔚篮附訜彷斎氪?，局部變形大。圖6 所示為正確焊接順序的焊縫，圖7 為錯誤焊接順序的焊縫。

圖6 正確焊接順序的焊縫

圖7 錯誤焊接順序的焊縫

2.6 嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝

開孔接管及補(bǔ)強(qiáng)板在與罐壁板組裝焊接并檢驗(yàn)合格后，應(yīng)進(jìn)行整體部件消除應(yīng)力熱處理。熱處理過程中禁止提前拆除人孔和接管的剛性固定板，且熱處理工藝應(yīng)由焊接工藝評定確定，推薦的熱處理溫度為585±10℃，保溫時間210min，升溫速度小于190℃/ h， 按照NB/ T47015- 2011 進(jìn)行。在施工過程嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行，有效預(yù)防了熱處理過程中產(chǎn)生變形。

3 開孔板焊接變形控制過程中應(yīng)注意的問題

（1）在儲罐開孔板焊接前要對焊工進(jìn)行專項(xiàng)焊接交底，并且選用焊接水平較高的持證焊工進(jìn)行施焊。焊工焊接時要嚴(yán)格按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書的要求控制電流、電壓和焊接速度，嚴(yán)禁無證焊工施焊。

（2）現(xiàn)場檢查人員在組對前要對儲罐開孔板的下料尺寸進(jìn)行再次復(fù)查，檢查坡口有無銹蝕、油污、坑洼，以及母材是否有損傷缺陷等。

（3）焊接前，焊材按要求必須烘烤發(fā)放，焊材要放到保溫桶內(nèi)，檢查人員要隨時檢查焊工的焊材使用情況，防止焊材用錯。在焊接時要做好防風(fēng)、防雨措施，防止焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋等缺陷。

（4）儲罐壁板在臨時胎架固定后，要派專職安全員對支架穩(wěn)定性進(jìn)行確認(rèn)，合格后才允許進(jìn)行下道工序施工。

（5）由于壁板板長，重量重，在吊裝過程中必須使用平衡梁進(jìn)行吊裝，且壁板上要焊接吊裝吊耳。禁止使用鋼板卡具吊裝，以確保吊裝的安全穩(wěn)定性。

（6）每張板上接管和人孔的剛性卡具在焊接前必須全部進(jìn)行固定，如果單個固定焊接會影響壁板整體焊接，導(dǎo)致變形。

4 結(jié)論

針對變形原因分析及采取的一系列措施，開孔板在焊接過程中質(zhì)量得到了很好的控制。經(jīng)現(xiàn)場組對，水平度、橢圓度、錯變量、垂直度均符合圖紙和規(guī)范要求。但為防止儲罐壁板變形，施工現(xiàn)場制作胎具消耗的型材較多。由于胎具成本較高，胎具不可能做太多，往往導(dǎo)致施工人員閑置和吊裝費(fèi)用的增加，而且對施工進(jìn)度有一定影響。

儲罐開孔板焊接變形控制是儲罐施工過程中重要管控的一個環(huán)節(jié)，如果變形嚴(yán)重將會影響儲罐壁板安裝。只有通過工藝手段，嚴(yán)格控制變形量，使其能滿足儲罐施工的質(zhì)量要求。通過對整個施工過程的嚴(yán)格把控，焊接變形滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，為15 萬m3油罐壁板安裝提供了質(zhì)量保證。此施工技術(shù)得到了建設(shè)單位、監(jiān)理單位的一致認(rèn)可，為今后類似工程提供了施工經(jīng)驗(yàn)。