石油儲(chǔ)罐底板焊接質(zhì)量控制

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[摘要]石油儲(chǔ)罐底板是焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵部位，采用科學(xué)合理的措施減小和避免儲(chǔ)罐底板變形，可以提高儲(chǔ)罐整體的焊接質(zhì)量和承載能力。在詳細(xì)分析石油儲(chǔ)罐底板焊接變形原因的基礎(chǔ)上，提出了控制儲(chǔ)罐底板焊接變形的方法，對(duì)提高石油儲(chǔ)罐罐底焊接質(zhì)量有著重要作用。

[關(guān)鍵詞]石油儲(chǔ)罐；底板焊接；焊接工藝；質(zhì)量控制

1焊接變形及形成機(jī)理

一般情況下，石油儲(chǔ)罐的罐壁厚度都不很大，現(xiàn)在的焊接設(shè)備和方法完全可以滿足薄壁儲(chǔ)罐的焊接作業(yè)，但是，焊接工藝技術(shù)一直被焊接變形問題所困擾，在對(duì)石油儲(chǔ)罐進(jìn)行焊接，特別是對(duì)罐底板部位進(jìn)行焊接時(shí)，非常容易產(chǎn)生較大焊接變形。

1.1不均勻受熱以及構(gòu)件的剛性約束

對(duì)焊件進(jìn)行焊接的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行不均勻的局部加熱，位于高溫區(qū)域的焊縫和焊縫兩側(cè)的部位，在受熱的情況下會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹，由于處于低溫區(qū)域焊件的剛性限制，則不能自由地延伸，所以就產(chǎn)生了熱塑性變形。在焊件冷卻過(guò)程中，由于高溫區(qū)域產(chǎn)生的熱塑性變形又使收縮量不斷變大，低溫區(qū)域則會(huì)產(chǎn)生較少的收縮量，從而導(dǎo)致儲(chǔ)罐的底板產(chǎn)生凝縮變形。

1.2金相組織的轉(zhuǎn)變

對(duì)焊件進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，高溫區(qū)域的組織會(huì)從原來(lái)的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，再對(duì)其進(jìn)行冷卻時(shí)，又會(huì)從奧氏體變成混合體，還有可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。對(duì)儲(chǔ)罐底板焊接的加熱和冷卻速度都比較快。焊接之后組織也會(huì)呈現(xiàn)不均勻性。所以，焊縫和受熱影響區(qū)域都會(huì)呈現(xiàn)出硬度和脆性變大的情況。延伸率以及斷面產(chǎn)生的收縮也會(huì)增大，儲(chǔ)罐底板就會(huì)形成應(yīng)力并產(chǎn)生變形。在組織變形、凝縮變形的共同作用之下，石油儲(chǔ)罐底板會(huì)產(chǎn)生橫向和縱向的收縮變形，這兩種變形會(huì)造成儲(chǔ)罐罐底產(chǎn)生形變，如波浪變形、收縮變形、彎曲變形等。

2引起儲(chǔ)罐罐底焊接變形的主要原因

導(dǎo)致石油儲(chǔ)罐罐底產(chǎn)生變形原因較多，在進(jìn)行焊接設(shè)計(jì)和實(shí)際施焊過(guò)程中必須給予足夠的重視。焊接變形的主要原因有：(1)在焊接過(guò)程中形成徑向收縮。在對(duì)石油儲(chǔ)罐進(jìn)行焊接時(shí)，如果受到外部的力量或者應(yīng)力沒有達(dá)到平衡，就會(huì)產(chǎn)生焊接變形現(xiàn)象，在這種條件下就會(huì)產(chǎn)生徑向收縮，收縮又會(huì)使罐底的中幅板產(chǎn)生應(yīng)力或者使位于罐底的板角發(fā)生形變，上述兩種情況都會(huì)形成較大的焊接變形。(2)焊接之后產(chǎn)生橫向收縮現(xiàn)象。位于儲(chǔ)罐底部的焊縫比較多，在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，接縫部位在施焊后會(huì)形成橫向收縮的問題，如果出現(xiàn)這種情況，石油儲(chǔ)罐的側(cè)面管壁就會(huì)形成較大的應(yīng)力，焊接變形就會(huì)從此產(chǎn)生。(3)焊接之后形成的縱向收縮。該種焊接變形和上述情況比較類似，橫向收縮是由于接縫部位在施焊之后順著橫向部位形成收縮，而縱向收縮則是由于接縫順著縱向方向形成焊接收縮，這種收縮現(xiàn)象也會(huì)導(dǎo)致焊接變形，石油儲(chǔ)罐的底板就會(huì)形成焊接變形。(4)施焊時(shí)受熱不均引起的儲(chǔ)罐底板焊接變形。在對(duì)石油儲(chǔ)罐罐底進(jìn)行焊接時(shí)，由于焊接工藝方法較多，在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，焊接件極易產(chǎn)生局部位置受熱不均現(xiàn)象，例如，焊縫處于高溫區(qū)域，則會(huì)由于溫度較高而導(dǎo)致焊接受熱膨脹，焊縫附近未進(jìn)行熱處理則會(huì)處于低溫區(qū)，所以，低溫區(qū)域就會(huì)對(duì)焊縫的延伸進(jìn)行制約。焊接作業(yè)完成后，儲(chǔ)罐在進(jìn)行自然冷卻過(guò)程中，高溫和低溫區(qū)域不同部位的收縮量會(huì)有較大的差異，位于高溫區(qū)域的罐底板由于發(fā)生了熱塑性變形，所以產(chǎn)生的收縮量就相對(duì)比較大。而處于低溫區(qū)域底板的收縮量會(huì)較少，收縮量的不均衡會(huì)使底板產(chǎn)生的應(yīng)力出現(xiàn)較大差異，從而引起罐底的焊接變形。除此之外，如果三種變形共同存在的話，會(huì)導(dǎo)致三種不同形式的應(yīng)力同時(shí)疊加到石油儲(chǔ)罐底部，底板就會(huì)發(fā)生更為嚴(yán)重的變形。

3儲(chǔ)罐底板焊接變形的控制辦法

3.1采用性能先進(jìn)的焊接設(shè)備

焊接技術(shù)的更新?lián)Q代，焊接的性能也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，焊接研究人員把先進(jìn)的焊接技術(shù)應(yīng)用到焊機(jī)上來(lái)，石油儲(chǔ)罐的生產(chǎn)制造商應(yīng)關(guān)注焊接設(shè)備的最新發(fā)展趨勢(shì)，選用性能先進(jìn)的最新焊接設(shè)備，做到專機(jī)專用，從而有效提高罐底的焊接質(zhì)量。

3.2對(duì)焊接材料質(zhì)量進(jìn)行管控

焊機(jī)性能和焊接材料質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接關(guān)系到儲(chǔ)罐的焊接質(zhì)量和效果，在制作石油儲(chǔ)罐時(shí)必須選用符合設(shè)計(jì)要求的焊材，從選商采購(gòu)、驗(yàn)收等方面加強(qiáng)對(duì)焊接材料質(zhì)量的管控，保證質(zhì)量好、性能優(yōu)良的焊接材料應(yīng)用到石油儲(chǔ)罐的焊接當(dāng)中。

3.3設(shè)計(jì)好科學(xué)合理的焊接順序

石油儲(chǔ)罐底部是由中幅板和邊緣板搭接焊接而成，而中幅板是由很多板拼合而成，在進(jìn)行焊接工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該采用收縮變形最小的方法設(shè)計(jì)科學(xué)合理的焊接順序和質(zhì)量保證措施，從而保證罐底板的焊接質(zhì)量。在對(duì)中幅板進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，應(yīng)先焊接焊縫較短的部位，之后再焊接長(zhǎng)焊縫，底板的初層焊道應(yīng)該采用退焊或者分段通焊的方法。對(duì)罐底邊緣板進(jìn)行焊接，應(yīng)該首先焊接距離邊緣300mm的部位，當(dāng)石油儲(chǔ)罐罐底和壁板之間進(jìn)行連接的角焊縫完成后，在邊緣板和中幅板收縮縫進(jìn)行正式焊接以前，對(duì)余下的罐底邊緣板以及中幅板進(jìn)行焊接作業(yè)，不是邊緣板罐底部位不可以預(yù)留焊接收縮焊縫。當(dāng)?shù)兹薇诎宓目v向焊縫施工之后，對(duì)儲(chǔ)罐底部和壁板進(jìn)行連接的角焊縫進(jìn)行焊接。采用上述的焊接順序，可以最大程度地避免焊接應(yīng)力的產(chǎn)生，焊接變形也會(huì)相應(yīng)地減少。

3.4選用合理的焊接辦法

在對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該采用多種方法來(lái)預(yù)防焊接變形問題。例如，采用分段焊接的方法，可以減輕由于焊接時(shí)產(chǎn)生的收縮。也可以利用剛性固定的辦法來(lái)減少變形量，還可以利用墊高烤道的高度，來(lái)減少焊接時(shí)產(chǎn)生的變形量?？梢岳脤娱g敲擊的方式對(duì)產(chǎn)生的變形量進(jìn)行一些抵消，這樣就可以避免或減輕焊接變形造成的質(zhì)量問題。

4結(jié)束語(yǔ)

石油儲(chǔ)罐是油田企業(yè)必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)保證油田的安全生產(chǎn)發(fā)揮著重要作用，在對(duì)石油儲(chǔ)罐進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，必須重視對(duì)儲(chǔ)罐底板的焊接質(zhì)量控制，選用質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的焊接材料，利用先進(jìn)的焊接設(shè)備進(jìn)行施焊，按著科學(xué)合理的焊接順序進(jìn)行施焊，這樣才能有效防止產(chǎn)生焊接變形，提高焊接質(zhì)量，加快焊接速度，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者：劉暢 單位：大慶油田工程建設(shè)有限公司油建二公司