薄壁立式拱顶罐的变形与控制

夏祥来

引言：成都洪安危险化学品到发站货场，属于典型的化工原料铁路仓储物流园区，货场设有100m3、200m3、300m3薄壁储罐共计148台，储罐采用倒装法施工工艺，底板采用50*5垫板焊接，壁板采用对接焊，顶盖为无肋板搭接焊接，搭接长度为40mm，储罐板厚为6mm。储罐内置铝合金浮盘，为保证内浮盘灵活升降，必须将罐体几何尺寸控制在设备允许偏差范围内，而控制几何尺寸的重点在于有效防止焊口组对及焊接过程中储罐的变形。对于厚度为6mm的薄壁罐，应用合理的施工工艺，针对储罐制安过程中的变形特点，制定有效的防变形措施，是控制储罐的整体质量的关键环节。

关键词：薄壁立式拱顶罐  变形  焊接

一、储罐常见的变形部位及形式

经过对现场储罐施工过程中尺寸偏差实测，储罐变形部位及常见形式见下表：

序号	变形部位		形式	备注
1	底板	焊缝	局部凹凸
2		接管补强板	凹陷
3	筒体	焊缝	局部凹凸
4			错边
5			棱角
6		包边角钢	翘曲
			错边
7
			棱角
8
9		罐壁	局部凹凸
			椭圆
10
11	顶板	顶盖	凹陷
12	附件	补强板	补强板位置凹陷

二、储罐变形的原因分析

通过对储罐变形部位和形式的对比不难发现，储罐变形大多出现在焊接部位，在钢材预制过程中形成的内应力及火焰切割过程中应力的共同作用下，如“T”型焊缝、焊缝返修部位，焊缝集中的补强板部位应力无法释放部位均易发生变形。

由于组成储罐钢板的刚度差，在壁板施工过程中，采用了内部胀圈、伞型架、弧板等工装，以增强薄壁板刚度和便于成型。组装时，通过板内壁和工装结合紧密达到控制储罐变形的目的，因此，工装的几何尺寸也是薄壁储罐变形的原因之一。

罐组对过程中，由于下料尺寸偏差或操作工人的技术能力差异，出现组对间隙不一致或用倒链强力组对现象；从而引起储罐变形。

另外、焊接过程中，焊工忽视焊接顺序和施工工艺，不能有效的消除焊接应力和附加应力影响，也是引起储罐变形的原因之一。

三、储罐变形控制措施

储罐变形的控制是个比较复杂的问题，现根据本工程实际，控制储罐变形的控制措施如下：

1、放样尺寸控制

（1）放样的钢卷尺、钢板尺、必须经过相关部门的检测，合格后方可使用；

（2）放样时，测量器具使用人员应固定，并使用量尺的同一测；

（3）放样的平台或地面应保持平整；

（4）利用CAD绘图软件绘制样板小样图；

（5）用小样图和样板进行比较，并对样板进行修正；

（6）由相关人员对绘制的样板进行复核、并办理相应的工序交接手续，

2、下料尺寸控制

储罐下料的重点在于控制其壁板尺寸：

（1）壁板下料前应对提供的板材进行直角度检验，检验前应将钢板垫平，并弹出边线，垂线；

（2）尽量采用半自动火焰切割机下料和坡口，并保持其轨道直线度；

（3）关门板处按照罐壁的理论尺寸预留5～10cm调整余量并作好标识；

（4）严格按GBJ128-90有关要求对壁板的下料尺寸进行复核；并作好相关记录以备查验。

顶板和底板下料用样板进行复核，对于下料的第一块必须进行检验，每种规格的检验数量不少于10％。

3、工装尺寸控制

胀圈、内外弧形板、拱顶架等工装的制作采用下料后的余料制作。制作胀圈时胀圈周长比罐内周长放大10～15mm，并将外表面和壁板的结合部位的焊渣、飞溅打磨干净，焊缝打磨平整；打磨完成后的胀圈应平整，无翘曲现象；对胀圈与壁板贴合面的上下两长边分别用样板进行检测；偏差不大于2mm。

4、中心坐标及垂直度控制

（1）基础测量放线

严格按规范要求对基础进行复测，重点控制环梁的环向偏差及两点的局部偏差，在基础上放出其纵横中心线及底板边缘线。

（2）储罐中心及周线控制

底板敷设完成后，将基础中心投射到底板上，并点焊一块小钢板，并用样冲作好中心标识，然后以该点为基准，放出壁板内周线。

（3）底部挡块：

底部工装挡块的布置详见图（一）

底部工装挡块示意图

A、水平挡块应均匀分布，间距为300～500mm，高度为40～50mm为宜，内挡块点焊完毕后，用水平皮管或水平仪进行超平，其水平度控制在1～3mm内；

B、内挡块定位时，可用水平尺保证边缘与平齐，其间距为200mm～300mm 均匀分布，高度应高出水平挡块50～80mm；

C、外部挡块高出水平挡块30～50mm，距储罐壁罐内边线15～20mm。

（4）扒杆和吊点设置

扒杆和吊点设置关系到储罐壁板起吊时的稳定性，发生侧向偏移时将会使工装胀圈和底部内挡块不同心，造成壁板垂直度偏差形成侧面弯曲现象，从而影响储罐整体铅垂度。

A、扒杆的设置应对称均匀，扒杆距罐壁距离为200～300mm为宜。

B、胀圈吊点位置与扒杆受力点垂直；

C、设立中心杆，防止起吊时偏移；

D、固定挡块应均匀分布，每节胀圈不少于2块，与壁板单面花焊。

吊装示意图见图（二）

5、罐壁成型控制

（1）壁板卷制

由于单块壁板的钢度较差，壁板卷制时必须用检查样板严格控制其两端1m内弧度；较长壁板由于自重影响无法保证其中部弧度，则在组对时利用工装控制其成型。

（2）顶圈壁板

A、顶圈壁板围板完成后，即可进行第一条立缝组对点焊，点焊时先将两块壁板对接处垫平，点焊上下两点，然后进行整条焊缝组对；

B、利用外挡块和卡具使壁板和内挡块贴合紧密，然后组对点焊第二条立缝，留出关门板的一条立缝作为关门缝，

C、用经过检校的钢卷尺测量外周长，割除多余板长，进行关门缝组对点焊。

D、在立焊缝处内边面点焊工装弧板（不少于2块），当立缝较长时，还可在焊缝壁板外侧点上背板，距焊缝150～200mm，增强焊缝处钢度，防止焊接变形。所有工装弧板和背板均应单面点焊，便于拆除。

E、先焊接立缝上部200mm部位，在包边角钢组焊完成后，在底板上距立缝30～50mm处内外紧贴壁板点焊固定挡块，防止焊接时产生棱角。

工装布置图见图（三）。

F、立缝的焊接按先外后内的原则。焊完外侧焊缝再到内侧清根、打磨、施焊，这样可保证焊接质量。焊缝的宽度、焊高等按焊接工艺要求，不得超标。

（3）壁板组焊成型控制

A、壁板提升到位后，应先在壁板环缝上边缘内侧先点焊档块，挡块必须垂直点焊，50～100mm一块均点，然后进行壁板围板。

B、围板完成后在上圈壁板外侧点焊挡块，100～200mm均点。

C、立缝点焊按顶圈壁板方式进行，并留出关门立缝。

D、利用工装和卡具使壁板和底板上内挡块、上圈壁板内挡块紧贴，依次对环缝进行点焊，点焊至关门缝50～100mm处，进行关门立缝点焊，最后完成整个环缝点焊。

E、立焊缝焊接前，在底板和上圈壁板距立缝30～50mm 处内外紧贴壁板点焊固定挡块，然后进行壁板立缝焊接。

F、当焊完相邻两圈壁板的纵向焊缝后，再焊其间的环向焊缝。环缝焊接要求焊工均匀分布，在焊缝层次和焊接方向同步，严禁在同一段地方焊接若干层。焊层接头原则上交叉进行，焊接顺序先外后内，焊内侧要先清根打磨后施焊。

6、包边角钢成型控制

包边角钢的远大于顶圈壁板钢度，其变形大小将会直接影响顶圈壁板成型。

（1）包边角钢采用两根角钢拼对焊接后卷制，卷制时应用弧形样板随时检查卷制弧度，其弧度大小可约大于样板弧度。卷制好的半成品两端应留出200～300mm不用；

（2）用千斤顶、大榔头对包边角钢两面进行校正，并将包边角钢上的焊瘤，飞溅等清理干净；

（3）顶圈壁板立缝上部200mm应预先焊接并打磨平整，保证包边角钢紧贴壁板；

（4）包边角钢点焊完成后，应对顶圈壁板进行椭圆度校正，然后在包边角钢接头和四周加上临时支撑。

（5）包边角钢的焊接应先焊接接头部位，为避免因焊接出现翘曲，环向焊接应先进行仰焊部位分段焊，最后焊接角焊焊缝。焊工应均匀分布，并沿同一方向施焊。

7、顶盖成形控制
对于无加强肋条的顶盖，通常采用伞型架或圆形托圈作为顶盖成型的工装胎具，有效地控制工装尺

能保证顶盖良好的成型。

（1）卷制好的伞型架工装角钢应用弧形样板检测，其弧度应与顶盖弧度保持一致；

（2）托圈或伞型架的中心位置应与底板中心重合；

（3）伞型架角钢应高度一致，均匀分布，其数量等于顶盖划分的单块数量；

（4）顶盖铺设宜先铺设纵横向四块，然后再逐一进行铺设；

（5）顶盖的焊接应先焊内侧，后焊外焊道。径向的长焊缝，采用间隔焊对称施焊，由中心向外分段退焊，焊接完成后焊接环向角焊缝。

8、底板变形控制

（1）底板铺设、点焊

底板焊缝宽度必须严格控制，保证其间隙为正公差并且均匀，点焊只需固定即可。

（2）底板、壁板角焊缝焊接

A、角焊缝焊接前，其结合部位底板焊缝应预先焊接周长边缘150～200mm，并打磨平整；

B、结合部短焊缝的焊接采用间断焊接，即每道焊缝焊接完成第一道时，等到冷却后焊接第二道，尽量减小其热变形影响。

C、底圈壁板和底板点焊后，其内壁和底板间应点上支撑角钢固定，防止角焊缝焊接变形。

D、焊接时应先内后外，焊工均匀分布，沿同一方向施焊。

（3）底板焊接

A、焊接前应将原底板点焊全部割除，消除角焊缝焊接后产生的凹凸变形；

B、检查焊缝间隙，保证间隙大于规定间隙；两侧20mm范围内的油污、铁锈、水份、氧化皮及沙土等污物应清理干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷。

C、焊接应先焊纵向短缝，后焊横向长缝。

D、施焊时采用分段退焊法，每段焊接300mm左右；

焊接顺序可参见图（四）

9、附件、人孔变形控制

（1）壁板人孔点焊完成后，应将焊接位置壁板和人孔用角钢做临时固定；焊接完成后拆除；

（2）加强板上应留出信号孔；

（3）加强板焊接必须在第一道焊缝冷却后方可焊接第二道焊缝；防止焊接处产生塌陷；

10、负压试验防变形措施

负压试验由专人负责，放水必须缓慢，达到规定负压时，立刻打开人孔盖，与大气相通，防止顶盖负压试验时顶盖产生塌陷变形。

11、焊缝返修

（1）返修前要分析缺陷性质，缺陷的长度和宽度，缺陷的部位。由有相应合格项目，技术水平高的优秀焊工担任。

（2）清除缺陷方法采用砂轮机磨削，对根部缺陷磨削的宽度在5mm以内。

（3）返修的焊接工艺与正式焊接相同。

四、小结

储罐成型的控制过程其实质是对施工工序的控制过程，即工序管理过程。工序管理就是分析影响每道工序影响质量的各种因素，并采取相应的技术和管理措施，严格遵守工艺标准，对每道工序进行有效制，从而保证每道工序质量。

通过对工序的全面分析，储罐组焊过程是质量控制的重点。对操作人员做好交底及记录；明确工要求、质量要求、操作要求；施工中发现的问题，及时解决；加强自检、互检的频次；特殊过程重点控，全过程质量控制。对质量问题持续改进、检查，制定纠正、预防措施将会建造一个优质的内浮盘顶储罐。

参考文献：

《浅谈大型金属储罐焊接过程中的质量通病及预防措施》——《价值工程》陈智

《大型立式储罐焊接安装方法探讨》——《基层建设》王小龙