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SUS304儲罐焊接施工中的變形控制

文檔作者：王天藝文檔來源：東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與丁程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月28日
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2011年第4期
煉油與化lT
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 37
SUS304儲罐焊接施工中的變形控制
王天藝
(東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與丁程學(xué)院，黑龍江大慶163318)
摘要：文中分析了SUS304不銹鋼的焊接特性及其與普通碳鋼的性能差異。闡述了SUS304不
銹鋼儲罐焊接施 過程中變形的諸多影響因素、控制措施及控制效果。并針對儲罐的底板、
壁板、頂板等關(guān)鍵部位的焊接提出了具體的變形控制措施，收到了較好的控制效果。
關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；儲罐；焊接；變形控制
中圖分類號：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：167l一4962(2011)04—0037—03
某工程不銹鋼儲罐的材質(zhì)為SUS304不銹鋼，
其罐頂為錐形固定頂結(jié)構(gòu)；儲罐的罐頂、罐壁、罐
底均采用對接焊縫；儲罐整體施工全部采用倒裝
法安裝，主體外部采用手工電弧焊焊接，內(nèi)部采用
氬弧焊封底焊接。
1 SUS304材料的特性
1．1物理特性
SUS304奧氏體不銹鋼屬于日本標(biāo)準(zhǔn)JIS系列，
相當(dāng)于中國標(biāo)準(zhǔn)(GB)中的0Crl8Ni9。與普通碳鋼
相比具有2個特點(diǎn)。(1)線膨脹系數(shù)大，比碳鋼大
岡4 蓋頭氣側(cè)導(dǎo)氣槽受力分析
圖5 改造后的氣側(cè)導(dǎo)氣槽分布
將C201A／B／C乙烯壓縮機(jī)開起來。一直平穩(wěn)運(yùn)行
1 a無故障，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的長周期運(yùn)行的目標(biāo)。
6結(jié)束語
通過加強(qiáng)膜片的質(zhì)量控制，提高了膜片質(zhì)量
和使用壽命；通過T藝改造，增加入口緩沖分液
罐、增加伴熱和保溫，控制住 I：藝介質(zhì)相變帶液問
題；通過改變壓縮機(jī)氣側(cè)蓋頭曲面上導(dǎo)氣槽的分
布，解決了膜片與壓縮機(jī)氣側(cè)蓋頭曲面有“氣墊”，
受力不均勻的問題。
從改造后設(shè)備的運(yùn)行情況看，該次的技術(shù)攻
關(guān)取得了圓滿的成功，實(shí)現(xiàn)了己烯一1隔膜式壓縮
機(jī)安全、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行的目的。
參考文獻(xiàn)：
[1]國家發(fā)展和改革委員會．隔膜壓縮~4LJB／T 6905—2004[S]．
北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004：3-4．
[2]劉加．隔膜壓縮機(jī)的發(fā)展研究與國內(nèi)外生產(chǎn)廠家概況[J1．
壓縮機(jī)，2009(2)：21—23．
[3]郁永章，劉勇．特種樂縮機(jī)[M]一E京：機(jī)械工業(yè)出版社，
1989：48—52．
[4]么子云，郭海濤，段禮祥．建立離心壓縮機(jī)故障診斷標(biāo)準(zhǔn)的新
方法 J]．油礦場機(jī)械，2010(8)：65—67．
收稿日期：2011—06—12
作者簡介：陶立玉，女，1：程師，1999年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化工與
石油機(jī)械I 程專業(yè)，現(xiàn)從事化工丁藝技術(shù)管理T作。
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煉油與化工
3g REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 第22卷
40％ ，并隨著溫度升高而提高；(2)熱導(dǎo)率低，為普
通碳鋼的1／3。
1．2焊接性能
(1)SUS304易造成鐵離子污染和滲碳，因其
雜質(zhì)的存在易破壞氧化膜而發(fā)生腐蝕。
(2)焊縫產(chǎn)生熱裂紋傾向比普通碳鋼大。熱
裂紋產(chǎn)生的主要原因是焊縫中的樹枝晶方向性
強(qiáng)，有利于S、P等元素的低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物的形成和
聚集。同時它的導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，所以
焊接應(yīng)力也大，加劇了熱裂紋的產(chǎn)生?。
(3)SUS304焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶
間腐蝕，其原因是焊接時焊縫和熱影響區(qū)在加熱
到450～850 oC溫度范圍停留一定時間的接頭部位，
在晶界處析出高鉻碳化物，引起晶粒表層含鉻量
降低，形成貧鉻區(qū)，在腐蝕介質(zhì)的作用下，晶粒表
層的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。
(4)因SUS304的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，在
焊接加熱和冷卻的條件下，焊接接頭在冷卻過程
中可形成更大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致焊縫及其周圍區(qū)域
產(chǎn)生比普通碳鋼更大的焊接變形。
所以SUS304為材質(zhì)的儲罐焊接施工時，防變
形措施是一項重要的技術(shù)措施。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
差，特別是薄壁小型儲罐，易產(chǎn)生變形且變形后不
易處理，而不銹鋼儲罐變形更大，因此不銹鋼儲罐
焊接的最大難點(diǎn)就是焊接變形的控制。
2焊接變形的控制
由于預(yù)制精度、組裝誤差和焊接時的熱變形
等，儲罐底板、壁板和頂板都會產(chǎn)生不同程度的變
形。由于薄板在焊接過程中受熱變形比厚板大，
所以薄壁儲罐的焊接變形更為明顯和難以控制。
焊接變形是由于焊縫被高溫加熱急劇膨脹，然后
冷卻引起焊接處的收縮和彎曲而產(chǎn)生的 。
若儲罐變形超過標(biāo)準(zhǔn)許可的范圍，不僅會影
響儲罐的外觀，而且還會在外載荷的作用下產(chǎn)生
應(yīng)力集中和附加應(yīng)力，降低儲罐的使用能力，使儲
罐的安全性下降，嚴(yán)重的則會影響儲罐的使用。
2．1底板變形的控制
2．1．1變形原因分析 立式闌筒形儲罐的底部變
形比較復(fù)雜，也比較難控制。罐底變形是南多種
焊接變形的集合體，包括4個方面的變形 。
(1)焊縫的橫向收縮對鋼板產(chǎn)生的應(yīng)力與變
形；(2)焊縫的徑向收縮對鋼板產(chǎn)生的應(yīng)力與變
形；(3)底板與壁板角縫、底邊板與底中幅板間環(huán)
焊縫的徑向收縮引起底邊板角變形和中幅板的應(yīng)
力與變形；(4)以上3種應(yīng)力的疊加極易使鋼板失
穩(wěn)，產(chǎn)生較大的波浪變形。
2．1．2變形的控制措施 控制底板的焊接變形應(yīng)
采取7項措施。
(1)焊縫坡口選擇雙V形坡口，焊接時應(yīng)先焊
短(橫)縫，后焊長(縱)縫，第1層焊道應(yīng)采用分段
退焊法或跳焊法。因?yàn)槎毯缚p收縮量大，焊接短
縫時焊縫兩端的收縮余量較大，不易產(chǎn)生較大的
焊接殘余應(yīng)力，在一定程度上減小了變形。
(2)焊接短焊縫時，必須將長縫的定位焊點(diǎn)鏟
開或不焊?？墒苟毯缚p受熱伸縮提供足夠的余量
或自由的活動端，使其不受外力約束，減小焊接殘
余應(yīng)力，從而減小焊接殘余變形。
(3)焊接長縫時，由中心向2側(cè)分段退焊。焊
接長縫時第1層焊道由中心向2側(cè)分段退焊，焊接
短縫時第1層焊道采用分段退焊法或跳焊法，可以
有效減小焊接變形。因?yàn)榉侄瓮撕富蛱阜ê赴?
時焊縫處的內(nèi)應(yīng)力中拉應(yīng)力遠(yuǎn)大于壓應(yīng)力，且其
拉應(yīng)力峰值比較平緩，焊縫不易出現(xiàn)橫向或縱向
縮短，可以有效地控制變形。
(4)罐底與罐壁連接的角焊縫的焊接，施焊程
序?yàn)椋河檬止ず笗r，宜采用分段退焊法，先焊內(nèi)側(cè)后
焊外側(cè)，焊工對稱均布，沿同一方向施焊。
(5)焊接變形是由于焊縫附近受熱收縮或膨
脹引起的，因此控制焊縫的受熱面積和受熱量也
可以起到減小變形的作用，由于奧氏體不銹鋼沒
有淬硬性，為控制變形和減少晶問腐蝕，可以采用
邊焊邊水冷的施工方法。
(6)采用較小的焊接電流，較快的焊接速度，
就能有效地減小變形。但是焊接電流和焊接速度
又是互相影響的，焊接電流小必然導(dǎo)致焊接速度
慢，因此控制好焊接電流和焊接速度的中間值，使
焊接電流和焊接速度到最合理的數(shù)值，可以適當(dāng)
的減小焊接變形。
(7)針對不銹鋼儲罐焊接變形大的特點(diǎn)，必須
采用反變形夾具。即在焊前先將鋼板與焊接變形
相反的方向進(jìn)行人為的變形，使反變形的量與焊
接變形的量相同。焊接后，焊接變形正好吸收了
焊前的反變形，使鋼板趨于平整，反變形角度一般
在3。左右。反變形夾具的應(yīng)用見圖1。
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王天藝．SUS304儲罐焊接施工中的變形控制 39
圖1 反變形夾具的應(yīng)用
2．2罐壁變形的控制
2．2．1變形原因分析 罐壁的變形主要集中在縱
向(豎向)焊縫和環(huán)焊縫附近，是由于焊接局部受
熱產(chǎn)生的變形。
縱向焊縫的焊接變形有3種。即焊縫外突或
內(nèi)凹；焊縫兩端外翹變形；波浪變形。環(huán)縫的焊接
變形主要是焊縫的內(nèi)凹?？v向焊縫的焊接變形不
僅與焊接線能量、焊接順序有關(guān)，還 壁板預(yù)制卷
板有關(guān)。壁板預(yù)制卷板弧度不合適，可以加劇縱
向焊縫的焊接變形。卷板弧度過大，強(qiáng)行組對容
易產(chǎn)生縱縫外突；卷板弧度過小，強(qiáng)行組對容易產(chǎn)
生縱縫內(nèi)凹。在卷板弧度正確的情況下，一般先
焊接縱縫外側(cè)，再焊接縱縫內(nèi)側(cè)可以控制縱縫變
形在允許范罔之內(nèi)。縱向焊縫在焊接第1層焊道
時宜采用分段退焊法或跳焊法 。
2．2．2控制措施
(1)壁板立縫(縱向焊縫)焊接時，除產(chǎn)生角變
形外，還會產(chǎn)生縱向的收縮變形和波浪變形，為防
止各種變形，在焊接立縫前，可在壁板內(nèi)側(cè)焊接龍
門板，起到防止壁板變形的作用，必要時在壁板外
側(cè)焊縫1側(cè)或2側(cè)加裝龍門板和背杠防止波浪變
形，見圖2。
岡2 縫防變形龍¨板
立縫的焊接應(yīng)由幾名焊T沿圓周均勻分配對
稱焊接，以使焊縫內(nèi)的應(yīng)力均勻，從而提高罐體的
穩(wěn)定性。立縫的2端應(yīng)各留出200 mm不焊，等到
環(huán)縫組對完成后與環(huán)焊縫一起焊接，因?yàn)樵诳v焊
縫施焊時，極易在焊縫2端出現(xiàn)150 IYIITI左右的外
翹變形，給環(huán)縫組對造成困難，使丁字焊縫的應(yīng)力
增加。
(2)壁板環(huán)縫的焊接變形控制主要靠脹圈。
在焊接工藝上，應(yīng)采用多層多道焊，并注意控制層
間溫度。幾名焊工沿圓周均勻分配，采用分段退
焊同向?qū)ΨQ焊接，速度保持一致，能使焊縫產(chǎn)生的
應(yīng)力均勻分布，同1道焊縫宜在相同的氣溫條件下
一次性焊完，防止由于外界溫度巨大變化而產(chǎn)生
應(yīng)力的不均勻分布。
2．3頂板變形的控制
錐形罐頂與普通拱頂罐的施 l 方法不同。從
錐頂中心將罐頂板吊起，輔以倒鏈或加減絲將最
后1道焊縫合攏。其組對焊接過程與罐底板的組
對焊接過程相同，防變形措施也相同，先焊肋條的
目的在于對罐頂板的剛性 定，防止罐頂板在吊
裝過程中由于原焊接殘余應(yīng)力和外載荷相疊加產(chǎn)
生應(yīng)力失衡，而產(chǎn)生波浪變形。錐頂罐板最后1道
縱縫的焊接與防變形遵循罐底板的施T方法。
2．4其它部位焊接變形的控制
在儲罐施T中，除了罐底、罐壁和罐頂?shù)暮附?
變形外，還包括壁板與罐底的大角縫的焊接，人
孔、清掃口及 r藝進(jìn)出口等處的焊接。
儲罐的大角縫是受力的關(guān)鍵部位，特別是大
型儲罐和不銹鋼儲罐必須采取防變形措施。在焊
接儲罐內(nèi)大角縫時，可采用槽鋼支撐，這樣可防止
環(huán)形邊緣板因焊道的橫向收縮產(chǎn)生角變形向上翹
起。對于邊緣板與中幅板分開的儲罐要注意槽鋼
應(yīng)支撐在最邊緣的底板上，切不可將支撐撐到底
板的中幅板上，這樣反而阻礙了環(huán)形大角縫焊后
的收縮，增大焊后的內(nèi)應(yīng)力，有可能導(dǎo)致與壁板產(chǎn)
生更大波浪變形。焊接儲罐外大角縫時，在儲罐
邊緣板外側(cè)和壁板之問沿周焊上一些半龍門板，
以此來防止外大角縫的變形。不銹鋼儲罐因其熱
導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，控制大角縫的角變形主要
通過控制線能量來進(jìn)行。
人孔、清掃口及工藝進(jìn)出口等處的焊接變形
控制與其它部位相類似，需注意的是加強(qiáng)板弧度
必須與儲罐保持一致，不能進(jìn)行強(qiáng)力組對；開孔處
應(yīng)按施工圖精確下料以減少裝配問隙，防止由于
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煉油與化工
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 第22卷
容器圈座上板式吊耳的結(jié)構(gòu)設(shè)計
張明霞’，梁小青 ，巨艷春 ，李 彤
(1．大慶石油化工機(jī)械廠，黑龍江大慶163711；2．大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶163714；3．大慶石化公司化肥廠，黑龍江大慶
163714)
摘要：四川石化公司360 kt／a乙二醇裝置的EG第二濃縮塔再沸器是大型立式換熱器，設(shè)備質(zhì)
量107 t，需要安裝起吊設(shè)備的吊耳。由于標(biāo)準(zhǔn)的吊耳都不能使用，安裝吊耳的位置又被設(shè)備
圈座占用，文中設(shè)計將吊耳板與圈座組合在一起，首創(chuàng)一種新 的吊耳結(jié)構(gòu)，既滿足工程需
要，又節(jié)省不銹鋼的材料消耗。
關(guān)鍵詞：吊耳；圈座；結(jié)構(gòu)設(shè)計；換熱器
中圖分類號：TQ051．5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671—4962(20“)04—0040—03
四川石化公司360 kt／a乙二醇裝置的EG第二
濃縮塔再沸器，是引進(jìn)美國UOP公司技術(shù)的大型
立式換熱器，設(shè)備公稱直徑2 700 mm，設(shè)備總高
1 1 810 1'／1／／1，設(shè)備質(zhì)量107 t。設(shè)備吊耳應(yīng)安裝在設(shè)
備重心以上大于1．5 nl的位置，安裝專業(yè)提出的設(shè)
計條件中，合理的吊耳安裝位置被設(shè)備圈座占用，
無法按照常規(guī)選用和安裝標(biāo)準(zhǔn)的吊耳” 。該設(shè)計
將板式吊耳與圈座組合在一起，形成新型的吊耳
結(jié)構(gòu)，見圖1。
1標(biāo)準(zhǔn)軸式吊耳
1．1常規(guī)設(shè)計
按常規(guī)設(shè)計、依據(jù)設(shè)備的實(shí)際條件，應(yīng)選用標(biāo)
準(zhǔn) 中的軸式吊耳，型號AXC一500—20，見圖2。
為防止起吊設(shè)備時簡體失穩(wěn)，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，
安裝吊耳處的設(shè)備簡體厚度應(yīng)不小于44 mm。
該設(shè)備公稱直徑2 700 mm，簡體材料不銹鋼
06Crl9Nil0，簡體名義厚度30 mm。受標(biāo)準(zhǔn)自身結(jié)
構(gòu)的限制，為了滿足標(biāo)準(zhǔn)吊耳對簡體剛性的需要，
應(yīng)將安裝吊耳處的不銹鋼筒體由原設(shè)計30 mm加
厚到44 ITI1TI，加厚段簡體的長度不小于2 200 mm，
過多的填充焊縫金屬而產(chǎn)生變形。
2．5焊接變形的矯正
SUS304的機(jī)械強(qiáng)度較碳鋼的高，產(chǎn)生的焊接
變形量又大，所以矯正變形的難度大，但南于鉻鎳
奧氏體不銹鋼常溫時的力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼，低溫
時又具有機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)良特性，因此焊
件焊后立即進(jìn)行快速冷卻和矯正，均不易引起焊
縫開裂現(xiàn)象。SUS304在450～800℃的敏化溫度區(qū)
問內(nèi)加熱時，有促進(jìn)碳化鉻的析出，使晶界出現(xiàn)貧
鉻現(xiàn)象而導(dǎo)致晶間腐蝕的傾向。SUS304的焊接變
形，只能冷矯(如千斤頂?shù)捻斆浀?，而不宜熱矯。
3結(jié)束語
SUS304儲罐由于其材料的金屬工藝特性，焊
接變形是不容易控制的。對普通碳鋼不會產(chǎn)生太
大影響的因素，對SUS304儲罐可能是重大影響因
素。因此必須對每個焊接施工環(huán)節(jié)要嚴(yán)格控制，
板材預(yù)制加T 、組對焊接必須嚴(yán)格控制在誤差允
許范圍內(nèi)，所選定的焊接T藝參數(shù)及焊接順序和
手法必須嚴(yán)格執(zhí)行；板材及半成品的拉運(yùn)和存放
應(yīng)做好產(chǎn)品防護(hù)；焊道的返修對焊道變形影響嚴(yán)
重，確保焊縫合格率；對產(chǎn)生的變形要仔細(xì)分析原
因，采取有效的防變形對策。
參考文獻(xiàn)：
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2003：l9—23．
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2002：2—4．
[3]茅衛(wèi)東．SUS304不銹鋼表面拋光缺陷原因分析及改進(jìn)措施[J]．
上海金屬．2011(2)：58—60．
[4]申建國．大型儲罐底板焊接變形控制[J]．化工建設(shè)工程，
2002，25(4)：26—28．
收稿日期：2011—07—06
作者簡介：王天藝，女，現(xiàn)就讀于東北石油大學(xué)過程裝備與控制工
程專、l

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