趙林偉

摘 要：球罐環(huán)帶焊縫及丁字縫是球罐質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，安裝過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行合理的組裝工藝、焊接工藝可有效控制球罐的整體安裝質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：球罐質(zhì)量；錯(cuò)邊量；棱角度；焊接裂紋

多年球罐組焊的實(shí)踐以及對(duì)舊球罐的開(kāi)罐檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)球罐環(huán)帶焊縫及丁字縫是球罐質(zhì)量的一個(gè)薄弱部位，易出現(xiàn)錯(cuò)邊量、棱角度超標(biāo)、丁字口焊接裂紋問(wèn)題，使用運(yùn)行時(shí)會(huì)引起應(yīng)力集中，造成接頭的附加彎曲應(yīng)力，降低焊接接頭的承載能力，影響球罐結(jié)構(gòu)的安全。因此，如何解決這些問(wèn)題成了施工中關(guān)注的重點(diǎn)。

1 錯(cuò)邊量的控制

目前，國(guó)內(nèi)眾多的球皮制造廠家所壓制的球殼板都是以凈尺寸供貨，所以控制球罐每條組對(duì)焊縫各個(gè)點(diǎn)的錯(cuò)邊量，重點(diǎn)就在球片幾何尺寸的準(zhǔn)確性和球罐組裝工藝合理性以及組對(duì)過(guò)程幾何尺寸的嚴(yán)格控制上。組對(duì)球罐時(shí)控制球罐焊縫的錯(cuò)邊量應(yīng)作到以下幾點(diǎn)。

1.1 組對(duì)前球殼板幾何尺寸的檢測(cè)

球罐組對(duì)前除按規(guī)范要求測(cè)量球殼板的弦長(zhǎng)及對(duì)角線弦長(zhǎng)外，還應(yīng)該認(rèn)真測(cè)量每片球殼板的環(huán)向、縱向?qū)嶋H弧長(zhǎng)、曲率，特別是每片球殼板的周邊曲率，將直接影響組對(duì)焊縫的錯(cuò)邊量。依據(jù)實(shí)際弧長(zhǎng)可以準(zhǔn)確計(jì)算出各帶上下環(huán)口直徑以及球罐基礎(chǔ)圓的放樣尺寸。如果各帶組對(duì)環(huán)口的尺寸相差較大，就必須通過(guò)放樣尺寸來(lái)調(diào)整，使其達(dá)到合理的整體組對(duì)要求。

1.2 建立合理球罐組裝工藝

合理的球罐組裝工藝是保證球罐總體組裝質(zhì)量的關(guān)鍵。球罐整體成形后，產(chǎn)生的各方面的約束力較大，再進(jìn)行錯(cuò)邊量的調(diào)整是件很困難的事。在組對(duì)每帶的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整，才能保證組裝后的總體質(zhì)量。通用的組裝工藝如下，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是非常合理的工藝。

1.2.1 根據(jù)實(shí)際測(cè)量的赤道帶球殼板的實(shí)際弧長(zhǎng)累加，再加上已確定的赤道帶縱縫間隙總值，計(jì)算出基礎(chǔ)圓的周長(zhǎng)，以此為基礎(chǔ)圓的放樣直徑，在基礎(chǔ)墩上畫(huà)圓。同時(shí)以基礎(chǔ)墩上的滑板來(lái)調(diào)整各基礎(chǔ)墩的相對(duì)高差≤1mm，確保安裝時(shí)環(huán)口的水平度。

1.2.2 采用分片組裝工藝時(shí)，球罐柱腳的組裝是組裝的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到球罐赤道帶組對(duì)環(huán)口的水平度。組對(duì)在組裝平臺(tái)上進(jìn)行，組對(duì)平臺(tái)的不平度應(yīng)小于2mm，組對(duì)時(shí)放出實(shí)樣進(jìn)行組對(duì)。

支柱赤道板中心軸線的平行度L1-L2≤2mm，且支柱與赤道板相貫線之間的間隙小于2mm，組對(duì)的支柱水平度以U型管液位計(jì)測(cè)量其偏差不大于1mm。

1.2.3 支柱與赤道板組對(duì)后依次吊裝在基礎(chǔ)墩滑板上，這時(shí)要求支柱柱腳板中心線與基礎(chǔ)圓中心線相吻合，赤道板頂部用拖拉繩拉住，然后安裝兩支柱間的拉桿，再依次安裝柱間插板（吊裝插板前應(yīng)測(cè)量柱腳垂直度和球殼板的垂弦高以及插板位置的底部、頂部弦長(zhǎng)、對(duì)角線偏差，通過(guò)拉桿進(jìn)行調(diào)整）赤道帶整體組裝完后，測(cè)量組對(duì)的幾何尺寸，并按要求調(diào)整到整體組裝后的幾何尺寸要求，這是保證組對(duì)上、下溫帶及整體尺寸質(zhì)量重要環(huán)節(jié)。

1.2.4 赤道帶調(diào)整好后安裝上、下溫帶板，同樣要求安裝一帶，調(diào)整一帶，以調(diào)整好的赤道帶環(huán)口尺寸為基準(zhǔn)，只要保證各組對(duì)焊縫間隙就非常容易保證上、下溫帶組裝質(zhì)量。

1.2.5 安裝上、下極板并進(jìn)行調(diào)整。

1.2.6 球殼板全部組裝完畢后，應(yīng)該整體調(diào)整，認(rèn)真測(cè)量焊縫的錯(cuò)邊量，每條焊縫不少于4點(diǎn)，且每個(gè)丁字口處都要認(rèn)真核查。

1.3 控制縱縫兩端的棱角度

丁字縫是應(yīng)力集中點(diǎn)，也是棱角度變形較明顯的地方，如果縱縫兩端焊后棱角度過(guò)大，在球罐組對(duì)時(shí)很可能出現(xiàn)錯(cuò)邊量超標(biāo)。因此整體組對(duì)后的球罐，縱縫兩端一定要有圓弧板加固，使焊后棱角度能控制在7mm以內(nèi)。

1.4 防止極板下沉

極板與溫帶的環(huán)口組焊時(shí)容易出現(xiàn)極板下沉而引起錯(cuò)邊量超標(biāo)，主要原因是組裝應(yīng)力、極板重力以及隨后焊接產(chǎn)生的焊接應(yīng)力的綜合作用造成了固定焊焊縫開(kāi)裂而致，另外局部預(yù)熱溫度過(guò)高，會(huì)削弱固定焊焊縫的強(qiáng)度，更易使固定焊焊縫提前開(kāi)裂，引起極板下沉。因此固定焊焊縫一定要飽滿，有足夠的強(qiáng)度，當(dāng)預(yù)熱溫度過(guò)高時(shí)，必須在溫帶里加固擋板，防止板板下沉。

2 棱角度的控制

2.1 坡口形式的確定

球罐通常采用的坡口形式是大坡口在外的不對(duì)稱X型坡口，如圖（a），但施工中發(fā)現(xiàn)選用（a）型坡口，易產(chǎn)生焊后棱角度過(guò)大，選用（b）型坡口焊后棱角度要小，特別厚壁球罐尤為明顯。所以厚壁球罐宜采用大坡口在內(nèi)的不對(duì)稱X型坡口。

2.2 焊接順序

當(dāng)選用大坡口在內(nèi)的不對(duì)稱X型坡口和坡口在內(nèi)的單面V型坡口時(shí)，焊接時(shí)應(yīng)先焊內(nèi)部焊縫，這樣先焊的內(nèi)部焊縫就有了一定的剛性約束，有利于減小焊接的棱角度，同時(shí)坡口的碳弧氣刨、打磨清根均在球罐的外面運(yùn)行，可改善焊工的勞動(dòng)條件。

2.3 采用鋼性固定法

采用大坡口在外的不對(duì)稱X型坡口時(shí)，在焊縫內(nèi)側(cè)均勻布置數(shù)塊弧板進(jìn)行剛性固定，焊后能達(dá)到控制棱角度的目的。

2.4 減少焊縫金屬填充量

球罐組對(duì)時(shí)一定要控制焊縫間隙尺寸不要過(guò)大，第一層打底焊盡可能焊薄些，以減少背面清根深度，相應(yīng)減少棱角度。另外，正面填充焊時(shí)應(yīng)預(yù)留一至兩道，待背面焊接結(jié)束時(shí)再進(jìn)行正面焊。

2.5 控制焊前角變形

實(shí)踐證明，只有在焊前嚴(yán)格控制角變形E≤4mm，才是最有效保證焊后角變形不超標(biāo)的方法，具體做法如下。

2.5.1 成帶前認(rèn)真檢查球殼板的曲率。

2.5.2 薄壁板的剛性小，成帶組對(duì)時(shí)易受自身重力的影響及組對(duì)外力的影響，出現(xiàn)焊道外的內(nèi)變形，因此采用支承桿即可控制組對(duì)球罐橢圓度，同時(shí)盡可能將環(huán)口向外預(yù)變形，這樣也是保證避免焊后出現(xiàn)內(nèi)角變形超差。

3 焊接裂紋的控制

3.1 嚴(yán)格控制焊接工藝規(guī)程

有效執(zhí)行焊接工藝紀(jì)律，是避免焊接裂紋最有效的方法。焊前應(yīng)嚴(yán)格預(yù)熱，宜采用電加熱的方法，該方法升溫均勻，停溫點(diǎn)易控制。另外，施焊時(shí)應(yīng)盡量采用小電流、快速焊的方法，控制層間溫度不要過(guò)高。焊后及時(shí)進(jìn)行消氫處理，消氫時(shí)恒溫時(shí)間要足夠長(zhǎng)。

3.2 減小焊接應(yīng)力

組焊時(shí)應(yīng)避免局部的強(qiáng)力組對(duì)，減少組裝應(yīng)力，同樣能改善焊縫內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。

多人對(duì)稱焊接，盡可能做到同等同向、同步，第一、二層焊縫應(yīng)采用分段退焊。在采用多層、多道焊接的同時(shí)，配合錘擊消除應(yīng)力是防止丁字口裂紋有效措施之一，錘擊范圍主要是丁字口附近300mm范圍內(nèi)，錘擊應(yīng)在焊完每一道口后立即進(jìn)行。

3.3 控制縱縫端部質(zhì)量

縱縫端部是引弧和收弧的疊加部位，易產(chǎn)生各種微缺陷，當(dāng)焊接應(yīng)力較大時(shí)這些微缺陷易擴(kuò)展成裂紋，因此，縱縫焊接時(shí)應(yīng)盡可能在兩端200mm范圍外引弧，最好能設(shè)置引弧板、收弧板來(lái)保證縱縫端部質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

焊接質(zhì)量的控制應(yīng)貫徹在球罐安裝的全過(guò)程中，嚴(yán)格合理的組裝工藝、焊接工藝的執(zhí)行是非常重要和必不可少的，忽略了任何一個(gè)步驟，都有可能給球罐使用質(zhì)量帶來(lái)隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50094-2010球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范[S].

[2]SH3512-2011石油化工球形儲(chǔ)罐施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB150-2011壓力容器[S].

[4]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[S].