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摘要：贮罐在现场制作组焊过程中，由于钢板厚度薄，相对刚度小，直径大，焊缝长，在焊接热影响作用下，焊缝纵向收缩量大，在罐体上很容易产生各种变形，而变形控制是难度最大的一项工作。
关键词： 贮罐组焊
Abstract: made on site storage tank compound process, because the thickness of the steel plate thin, relatively small stiffness, large in diameter, and weld in length, under the action of heat on welding the weld lengthwise shrinkage, in the tank is easy to produce all sorts of deformation, and deformation control is one of the most difficult work.
Keywords: storage compound
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、贮罐施工变形的主要表现
在罐底板上主要表现为鼓包；在罐顶上主要表现为鼓包和塌陷；在罐壁上可造成罐壁椭圆度、垂直度和环缝处局部内凹度超标的现象。罐底鼓包变形可通过采用先短后长、先中间后两边、先壁板与弓形板后弓形板与底板的焊接程序，配以对称施焊，比较容易控制鼓包的发生。罐顶变形也可采用先安装骨架后铺板、先短后长、先中间后两端对称施焊的施工程序，也可以控制其变形。在施工过程中，总结了如下控制罐壁变形的施工措施。
1.1 罐壁产生变形的原因
罐壁环缝局部内凹变形的最直接的原因是焊缝纵向收缩和横向收缩。
1） 焊缝纵向收缩引起内凹的原因
在焊接过程中，焊接热量对钢板造成局部不均匀加热，引起钢板不均匀膨胀和收缩而产生变形。即在焊接热源周围的钢板受热后要膨胀，但又被相邻温度低的金属约束，当温差较大时，这些膨胀受阻的金属将产生压缩塑性变形，温差越大，产生的变形量也就越大。当温差消失时，这些被压缩产生了塑性变形的金属要收缩，又受到周围金属的约束，导致受过热的金属内部产生拉伸应力，未受热的金属内部产生压应力。如果未受热的金属的刚度不是足够大的话，那么它将在压应力作用下跟着产生变形，这时焊件就产生变形。手工焊热源在厚度6~10mm的低碳钢钢板上作用时，热源附近80~50mm宽的范围内钢板温度都超过100℃，也就是说罐壁上有一条包括焊缝在内80~50mm宽的钢带将产生压缩塑性变形。当温度降至环境温度时，这条钢带要收缩，就像腰带一样紧紧地束着罐壁。如果罐壁上某處刚度较薄弱，比如在罐壁和胀圈的刚度不够之处，或撑的不紧之处，或胀圈与壁板有间隙之处等薄弱点处，将会产生局部内凹变形。胀圈的撑力可由下式估算：
P=σs SB
式中：P——胀圈撑力即所需千斤顶的规格，N；
S——壁板厚度，mm；
B——热影响区宽度，mm；
σs——钢板的强度屈服极限，kg/mm2。
例如有一储罐壁板厚度S=10mm，热影响区宽度B=50mm，钢板材料为Q235-A（其屈服极限σs=235Mpa），那么所需千斤顶的撑力P=235×10×50=117500 N。
2） 焊缝横向收缩引起内凹的原因
焊缝在厚度方向上不均匀横向收缩加剧内凹变形，产生角变形。
其原因是焊缝在厚度方向上不均匀横向收缩产生角变形，这种角变形的方向与内凹变形方向一致。虽然薄板的角变形较小，但是这种角变形有加剧壁板产生内凹变形的趋势，应该加以注意。
从原理上看，内凹变形的影响因素有这样一些：一是与输入热量（即焊接线能量）有关，输入热量越多影响区越宽，变形趋势就越大；二是与散热速度有关，散热速度越大热影响区越窄，变形趋势就越小；三是与罐壁板和胀圈的刚度有关，刚度越大，变形趋势就越小；四是与胀圈、罐壁互相贴得是否严紧有关，贴得越严撑得越紧，变形就越小。
3） 罐壁板垂直度超标原因分析
环缝存在强力组装或焊缝收缩不均造成的间隙差导致罐壁板垂直度超标。
因贮罐常采用的是倒装法组焊，壁板上端是固定的不可移动，那么环缝的间隙差造成的作用力就会使壁板下端向内侧或外侧移动，形成壁板倾斜；例如：间隙增大1mm，板宽为1500mm，则壁板下端向圆心方向移动的距离可用勾股定理计算，下缘移动距离=（1500 2-1499 2）1/2=54.7mm。若间隙只增大0.5mm，则下缘移动距离=（1500 2-1499.5 2）1/2=38.7mm。相反，如果某处间隙减小了1mm，那么壁板下端就向外偏移54.7mm，这就是壁板的不垂直度。这种缺陷一旦出现，靠锤打是无济于事，只有靠胀圈撑，或在相反部位再次加热来消除。这种间隙差很容易产生，而且不明显，因为每块壁板并不完全一样宽，从而使环缝间隙不均匀；或者支起壁板的短槽钢等支垫物标高不一样，每块壁板不在同一平面上，形成波浪式的弯曲，由于上下的壁板既长短不一又互相错开，故这种波浪式的弯曲上圈与下圈不重合，因此导致环缝间隙不均匀；或者焊接纵缝时，上下焊缝横向收缩不一样，造成壁板在水平方向上有轻微弯曲，也使环缝间隙不均匀。然而，施工中却往往用正反扣去拉或者撑来强求间隙基本一致，导致在不自觉中造成了间隙差。再者，贮罐常采用的倒装法，上面有胀圈固定，而下面是自由的，正反扣的力并不需要太大就可改变间隙，尤其是在开始组装的一大部分中很容易出现间隙差。另外在环缝焊接时，焊缝的横向收缩也有差异，这也产生隐性的间隙差。最后一点，为了抢进度，边组装边定位焊，甚至边焊接，由于焊缝的横向收缩，使间隙越来越小，当出现咬边时，一靠壁板自重，二靠正反扣强行撑开，这样一定会导致比较大的间隙差。
4）壁板椭圆度超标分析
除了上述原因外，还有壁板不压头、壁板未滚圆、胀圈不圆和吊板时破坏了壁板弧度等原因。
2、 应采取的措施
根据原因分析，提出如下措施。
2.1严格控制壁板内凹变形
针对壁板内凹变形，首先是保证胀圈的圆度，提高胀圈的刚度，重视胀圈与罐壁贴合的情况。解决的措施是多加长条弧板或加扁铁条，当胀圈撑紧后，在千斤顶部位、有间隙的部位，都要加上弧板。在间隙长度大于1000mm的部位要加长弧板；在间隙长度较短的部位可多加扁铁条。
其次，在松胀圈之前，先打掉千斤顶处的弧板，将千斤顶顶出一点后再松开，各千斤顶顶出量之和在10~20mm为宜。这是利用拉伸消应力法降低焊接应力，减少焊缝在松开胀圈后的收缩量，从而减小变形。第三，要控制好胀圈离环缝的距离，理论上离得越近越好，既有利于增加胀圈的效果，又可增加焊缝散热速度减小热影响区宽度。但是距离过小，不利于内缝焊接，实践证明其距离以10~20mm为宜。第四，尽量用小直径焊条施焊，降低焊接线能量，减小热影响区宽度。当然用过小的焊条有碍工效，因此对不同厚度的罐壁板，可采用不同直径的焊条，如厚度为6~7mm时，用φ2.5mm的焊条；厚度为8~10mm时，用φ3.2mm的焊条；厚度大于11mm时，可用φ4mm的焊条。
2.2 解决罐壁板垂直度超标的问题
从控制环焊缝的间隙差入手来解决罐壁板垂直度超标的问题。
1） 钢板下料、开坡口时，一定要注意保持钢板宽度一致，最好是采用半自动气割下料和开坡口。测量每块板精确的宽度尺寸并作上标识，以便调整组装间隙时给予考虑。
2） 即使罐基础平整度符合要求，在铺完底板后，也要用水准仪找准罐壁的每个支撑件的相对标高，控制标高差小于1mm，并牢固地固定住。这样壁板在这些标高一致的支撑件上拼接，可确保壁板在同一水平面上，不至于出现波浪式的弯曲，以便控制环缝组装间隙的均匀性。
3） 围板之前，将胀圈移到底部撑紧撑圆；在组装纵焊缝时，要检查前后两块板是否垂直，是否与支撑件接触良好，是否与上圈壁板贴紧；另外定位焊长度不得小于40mm；焊接时应先焊上下两端，然后从中间向两端跳焊；升圈后应先焊完内纵缝后，再组装环缝。
4） 在组装环缝时，只求壁板垂直，不要强求间隙均匀。为了避免组装过程中的间隙差，组装应分五步：第一步用龙门板和楔子板打满整圈环缝，解决错边问题；第二步测量上周长，确定下圈周长，将最后一条纵缝组装完；第三步贮罐轻轻放下，吊具尚承50%的重量，然后用圆弧样板和锤子将壁板下缘找圆，并焊上挡板将其固定；第四步将罐全放下，检查四周是否有不能焊接的间隙，若有间隙，必须查找原因消除；第五步四周均匀分布焊工，朝同一方向开始定位焊。
5） 焊接环焊缝时，要做到分布均匀，步调、方向、焊条直径、层数、焊道数都一致；要在整圈全部组装完，定位焊均匀地全部焊好后，各焊工同时开始焊接；要一層或一道全焊完后，再同时开始焊下一层或下一道，不要只追求个人进度，不顾全局。
3、 控制罐壁板的圆度
针对罐壁板圆度超标问题，应采取如下措施：
1） 壁板要压头，弧度要滚圆并保持一致，同一圈板最好一次滚完。
2） 当壁板长度超过5000mm时，应采用两台吊车抬吊到胎具上。
3） 在安装现场便于吊板围板的地方，开辟一块平地，将装有壁板的胎具和壁板一起吊翻，使所有壁板都侧起，避免单块平吊破坏壁板圆度，当然整体吊翻时要防止壁板翻得过头。另外吊板时吊绳不能太短，以免吊绳角度太大，吊绳张力破坏壁板圆度。
4） 锁最后一条纵缝时，测量周长，焊最后一条纵缝时加三块圆弧板。
4、结语
采取上述方法，也许增加了准备工作量和难度，但是可大大减少缺陷，减少整改的工作量，实践证明采取了以上方法不但不会影响工程进度，相反只会加快进度，对施工质量可以进行有效的控制，保证了贮罐的安装质量。
关键词： 贮罐组焊
Abstract: made on site storage tank compound process, because the thickness of the steel plate thin, relatively small stiffness, large in diameter, and weld in length, under the action of heat on welding the weld lengthwise shrinkage, in the tank is easy to produce all sorts of deformation, and deformation control is one of the most difficult work.
Keywords: storage compound
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、贮罐施工变形的主要表现
在罐底板上主要表现为鼓包；在罐顶上主要表现为鼓包和塌陷；在罐壁上可造成罐壁椭圆度、垂直度和环缝处局部内凹度超标的现象。罐底鼓包变形可通过采用先短后长、先中间后两边、先壁板与弓形板后弓形板与底板的焊接程序，配以对称施焊，比较容易控制鼓包的发生。罐顶变形也可采用先安装骨架后铺板、先短后长、先中间后两端对称施焊的施工程序，也可以控制其变形。在施工过程中，总结了如下控制罐壁变形的施工措施。
1.1 罐壁产生变形的原因
罐壁环缝局部内凹变形的最直接的原因是焊缝纵向收缩和横向收缩。
1） 焊缝纵向收缩引起内凹的原因
在焊接过程中，焊接热量对钢板造成局部不均匀加热，引起钢板不均匀膨胀和收缩而产生变形。即在焊接热源周围的钢板受热后要膨胀，但又被相邻温度低的金属约束，当温差较大时，这些膨胀受阻的金属将产生压缩塑性变形，温差越大，产生的变形量也就越大。当温差消失时，这些被压缩产生了塑性变形的金属要收缩，又受到周围金属的约束，导致受过热的金属内部产生拉伸应力，未受热的金属内部产生压应力。如果未受热的金属的刚度不是足够大的话，那么它将在压应力作用下跟着产生变形，这时焊件就产生变形。手工焊热源在厚度6~10mm的低碳钢钢板上作用时，热源附近80~50mm宽的范围内钢板温度都超过100℃，也就是说罐壁上有一条包括焊缝在内80~50mm宽的钢带将产生压缩塑性变形。当温度降至环境温度时，这条钢带要收缩，就像腰带一样紧紧地束着罐壁。如果罐壁上某處刚度较薄弱，比如在罐壁和胀圈的刚度不够之处，或撑的不紧之处，或胀圈与壁板有间隙之处等薄弱点处，将会产生局部内凹变形。胀圈的撑力可由下式估算：
P=σs SB
式中：P——胀圈撑力即所需千斤顶的规格，N；
S——壁板厚度，mm；
B——热影响区宽度，mm；
σs——钢板的强度屈服极限，kg/mm2。
例如有一储罐壁板厚度S=10mm，热影响区宽度B=50mm，钢板材料为Q235-A（其屈服极限σs=235Mpa），那么所需千斤顶的撑力P=235×10×50=117500 N。
2） 焊缝横向收缩引起内凹的原因
焊缝在厚度方向上不均匀横向收缩加剧内凹变形，产生角变形。
其原因是焊缝在厚度方向上不均匀横向收缩产生角变形，这种角变形的方向与内凹变形方向一致。虽然薄板的角变形较小，但是这种角变形有加剧壁板产生内凹变形的趋势，应该加以注意。
从原理上看，内凹变形的影响因素有这样一些：一是与输入热量（即焊接线能量）有关，输入热量越多影响区越宽，变形趋势就越大；二是与散热速度有关，散热速度越大热影响区越窄，变形趋势就越小；三是与罐壁板和胀圈的刚度有关，刚度越大，变形趋势就越小；四是与胀圈、罐壁互相贴得是否严紧有关，贴得越严撑得越紧，变形就越小。
3） 罐壁板垂直度超标原因分析
环缝存在强力组装或焊缝收缩不均造成的间隙差导致罐壁板垂直度超标。
因贮罐常采用的是倒装法组焊，壁板上端是固定的不可移动，那么环缝的间隙差造成的作用力就会使壁板下端向内侧或外侧移动，形成壁板倾斜；例如：间隙增大1mm，板宽为1500mm，则壁板下端向圆心方向移动的距离可用勾股定理计算，下缘移动距离=（1500 2-1499 2）1/2=54.7mm。若间隙只增大0.5mm，则下缘移动距离=（1500 2-1499.5 2）1/2=38.7mm。相反，如果某处间隙减小了1mm，那么壁板下端就向外偏移54.7mm，这就是壁板的不垂直度。这种缺陷一旦出现，靠锤打是无济于事，只有靠胀圈撑，或在相反部位再次加热来消除。这种间隙差很容易产生，而且不明显，因为每块壁板并不完全一样宽，从而使环缝间隙不均匀；或者支起壁板的短槽钢等支垫物标高不一样，每块壁板不在同一平面上，形成波浪式的弯曲，由于上下的壁板既长短不一又互相错开，故这种波浪式的弯曲上圈与下圈不重合，因此导致环缝间隙不均匀；或者焊接纵缝时，上下焊缝横向收缩不一样，造成壁板在水平方向上有轻微弯曲，也使环缝间隙不均匀。然而，施工中却往往用正反扣去拉或者撑来强求间隙基本一致，导致在不自觉中造成了间隙差。再者，贮罐常采用的倒装法，上面有胀圈固定，而下面是自由的，正反扣的力并不需要太大就可改变间隙，尤其是在开始组装的一大部分中很容易出现间隙差。另外在环缝焊接时，焊缝的横向收缩也有差异，这也产生隐性的间隙差。最后一点，为了抢进度，边组装边定位焊，甚至边焊接，由于焊缝的横向收缩，使间隙越来越小，当出现咬边时，一靠壁板自重，二靠正反扣强行撑开，这样一定会导致比较大的间隙差。
4）壁板椭圆度超标分析
除了上述原因外，还有壁板不压头、壁板未滚圆、胀圈不圆和吊板时破坏了壁板弧度等原因。
2、 应采取的措施
根据原因分析，提出如下措施。
2.1严格控制壁板内凹变形
针对壁板内凹变形，首先是保证胀圈的圆度，提高胀圈的刚度，重视胀圈与罐壁贴合的情况。解决的措施是多加长条弧板或加扁铁条，当胀圈撑紧后，在千斤顶部位、有间隙的部位，都要加上弧板。在间隙长度大于1000mm的部位要加长弧板；在间隙长度较短的部位可多加扁铁条。
其次，在松胀圈之前，先打掉千斤顶处的弧板，将千斤顶顶出一点后再松开，各千斤顶顶出量之和在10~20mm为宜。这是利用拉伸消应力法降低焊接应力，减少焊缝在松开胀圈后的收缩量，从而减小变形。第三，要控制好胀圈离环缝的距离，理论上离得越近越好，既有利于增加胀圈的效果，又可增加焊缝散热速度减小热影响区宽度。但是距离过小，不利于内缝焊接，实践证明其距离以10~20mm为宜。第四，尽量用小直径焊条施焊，降低焊接线能量，减小热影响区宽度。当然用过小的焊条有碍工效，因此对不同厚度的罐壁板，可采用不同直径的焊条，如厚度为6~7mm时，用φ2.5mm的焊条；厚度为8~10mm时，用φ3.2mm的焊条；厚度大于11mm时，可用φ4mm的焊条。
2.2 解决罐壁板垂直度超标的问题
从控制环焊缝的间隙差入手来解决罐壁板垂直度超标的问题。
1） 钢板下料、开坡口时，一定要注意保持钢板宽度一致，最好是采用半自动气割下料和开坡口。测量每块板精确的宽度尺寸并作上标识，以便调整组装间隙时给予考虑。
2） 即使罐基础平整度符合要求，在铺完底板后，也要用水准仪找准罐壁的每个支撑件的相对标高，控制标高差小于1mm，并牢固地固定住。这样壁板在这些标高一致的支撑件上拼接，可确保壁板在同一水平面上，不至于出现波浪式的弯曲，以便控制环缝组装间隙的均匀性。
3） 围板之前，将胀圈移到底部撑紧撑圆；在组装纵焊缝时，要检查前后两块板是否垂直，是否与支撑件接触良好，是否与上圈壁板贴紧；另外定位焊长度不得小于40mm；焊接时应先焊上下两端，然后从中间向两端跳焊；升圈后应先焊完内纵缝后，再组装环缝。
4） 在组装环缝时，只求壁板垂直，不要强求间隙均匀。为了避免组装过程中的间隙差，组装应分五步：第一步用龙门板和楔子板打满整圈环缝，解决错边问题；第二步测量上周长，确定下圈周长，将最后一条纵缝组装完；第三步贮罐轻轻放下，吊具尚承50%的重量，然后用圆弧样板和锤子将壁板下缘找圆，并焊上挡板将其固定；第四步将罐全放下，检查四周是否有不能焊接的间隙，若有间隙，必须查找原因消除；第五步四周均匀分布焊工，朝同一方向开始定位焊。
5） 焊接环焊缝时，要做到分布均匀，步调、方向、焊条直径、层数、焊道数都一致；要在整圈全部组装完，定位焊均匀地全部焊好后，各焊工同时开始焊接；要一層或一道全焊完后，再同时开始焊下一层或下一道，不要只追求个人进度，不顾全局。
3、 控制罐壁板的圆度
针对罐壁板圆度超标问题，应采取如下措施：
1） 壁板要压头，弧度要滚圆并保持一致，同一圈板最好一次滚完。
2） 当壁板长度超过5000mm时，应采用两台吊车抬吊到胎具上。
3） 在安装现场便于吊板围板的地方，开辟一块平地，将装有壁板的胎具和壁板一起吊翻，使所有壁板都侧起，避免单块平吊破坏壁板圆度，当然整体吊翻时要防止壁板翻得过头。另外吊板时吊绳不能太短，以免吊绳角度太大，吊绳张力破坏壁板圆度。
4） 锁最后一条纵缝时，测量周长，焊最后一条纵缝时加三块圆弧板。
4、结语
采取上述方法，也许增加了准备工作量和难度，但是可大大减少缺陷，减少整改的工作量，实践证明采取了以上方法不但不会影响工程进度，相反只会加快进度，对施工质量可以进行有效的控制，保证了贮罐的安装质量。