储罐施工中,焊接变形会直接影响储罐的结构精度、密封性能及使用寿命,需从 “预防为主、矫正为辅” 的原则出发,结合储罐类型(如立式圆筒形储罐、卧式储罐)、材质(碳钢、不锈钢等)及焊接工艺特点,分阶段制定控制与处理方案。以下是具体实施方法:
预防是控制焊接变形最经济、有效的手段,核心是通过 “工艺优化、结构设计、工装固定” 三方面,平衡焊接热输入产生的内应力,避免变形发生。
焊接热输入(电流、电压、焊接速度)是导致热变形的核心因素,需根据储罐板材厚度、材质特性制定精准参数:
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低线能量焊接:优先选择低电流、高焊接速度的工艺(如窄间隙埋弧焊、气体保护焊),减少单道焊缝的热输入量。例如,碳钢储罐底板焊接时,采用 φ3.2mm 焊条,电流控制在 90-120A,避免大电流导致底板局部过热拱起。
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对称焊接顺序:针对对称结构(如储罐壁板对接、顶板环缝),采用 “对称分布、同步焊接” 的方式,让两侧热应力相互抵消。
示例:立式储罐壁板环缝焊接,安排 2-4 名焊工在圆周上均匀分布,同时从下向上(或从中间向两侧)焊接,避免单侧焊接导致壁板 “偏斜”。
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分段退步焊:对于长焊缝(如储罐底板边缘板、壁板纵缝),将焊缝分成 500-800mm 的短段,从焊缝终点向起点逆向焊接(即 “退步焊”),分散局部热量积累。例如,底板长纵缝可分为 4-6 段,每段焊接后自然冷却,再焊下一段。
接头形式直接影响焊接应力分布,需结合储罐受力特点优化:
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减少焊缝数量与尺寸:在满足强度要求的前提下,优先采用 “单面焊 + 背面清根” 替代双面焊,减少焊缝金属填充量(如储罐顶板与加强筋的连接,用角焊缝替代坡口焊)。
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选择对称坡口:壁板对接时采用 X 型坡口(双面坡口),替代 V 型坡口(单面坡口),使两侧热输入对称,避免单侧收缩导致的弯曲变形。若板材较薄(≤12mm),可采用 I 型坡口(无钝边),降低焊接难度与热输入。
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预留收缩余量:根据储罐直径、焊缝长度计算收缩量,在预制阶段预留余量。例如,立式储罐壁板预制时,周长方向预留 0.5‰-1‰的收缩量(直径 10m 的储罐,周长预留 15-30mm),避免焊接后直径偏小。
通过工装夹具、临时支撑将焊件固定,强制控制变形方向,适用于储罐壁板组装、底板铺设等关键工序:
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底板铺设固定:储罐底板分为中幅板和边缘板,铺设时用 “压铁 + 点焊” 固定中幅板(每 1.5-2m 设 1 个压铁),边缘板与壁板连接部位用 “临时支撑角钢” 固定,防止焊接时底板翘曲。
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壁板组装固定:立式储罐壁板组装时,采用 “内支撑圈 + 外拉紧装置”:内侧用型钢(如 H 型钢)做环形支撑,外侧用花篮螺栓拉紧壁板,确保壁板垂直度(偏差≤1‰H,H 为壁板高度),焊接过程中不拆除工装,待焊缝冷却至常温后再移除。
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刚性固定法:对于不锈钢储罐(热膨胀系数大,易变形),焊接前在焊缝两侧用 “刚性夹具”(如不锈钢压板)压紧,限制焊接收缩,待焊缝完全冷却后松开,减少角变形。
焊接过程中需实时监控变形趋势,通过 “温度控制、层间清理、实时校正” 及时调整,避免变形累积。
多层多道焊时,层间温度过高会加剧热变形,需严格控制:
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碳钢储罐:层间温度≤300℃,每焊完一道后,用测温仪检测焊缝区域温度,待冷却至 150℃以下再焊下一道。
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不锈钢储罐:层间温度≤150℃(防止晶间腐蚀),可采用 “水冷降温”(用湿布轻敷焊缝两侧,避免水分接触熔池),或延长冷却时间。
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层间清理:每焊完一道焊缝,用角磨机彻底清理焊渣、飞溅及未熔合区域,避免残留杂质导致后续焊接应力集中,间接引发变形。
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实时检测:焊接过程中,用 “水平仪、卷尺、激光测径仪” 定期检测关键尺寸(如壁板垂直度、底板平面度、储罐直径),若发现变形超差(如壁板局部凸鼓>5mm),立即停止焊接,调整焊接顺序或增加工装。
若预防措施未完全生效,需根据变形类型(如角变形、弯曲变形、整体变形)选择合适的矫正方法,核心是 “通过外力或热量,使变形部位产生反向塑性变形,恢复尺寸精度”。
利用机械力(压力、拉力)矫正变形,操作简单、成本低,是储罐变形矫正的首选方法:
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角变形矫正:针对壁板对接焊缝的角变形(焊缝两侧板材翘起),用 “千斤顶 + 垫板” 顶压变形部位:将垫板垫在焊缝内侧,千斤顶在外侧施加压力,使变形处反向弯曲,直至角变形≤2mm/m(用直角尺检测)。
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弯曲变形矫正:对于壁板局部弯曲(如凸鼓、凹陷),采用 “卷板机局部矫正”:将变形段壁板固定在卷板机上,调整卷板机压力,使壁板缓慢恢复平直,矫正后用激光平整度仪检测,偏差≤3mm/m。
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整体变形矫正:若储罐整体垂直度超差(如立式储罐倾斜),可采用 “拉拽矫正”:在倾斜侧用钢丝绳连接地锚,另一侧用千斤顶顶推,缓慢调整(每小时调整量≤5mm),同时用全站仪监控垂直度,直至达标。
利用火焰加热变形部位,使其产生局部热膨胀,冷却后收缩,实现矫正。需严格控制加热温度(避免过烧),常用于储罐底板拱起、壁板弧度偏差等变形:
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加热参数:碳钢加热温度控制在 600-800℃(暗红色,避免超过 850℃导致晶粒粗大);不锈钢加热温度控制在 400-600℃(避免晶间腐蚀)。
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矫正示例(底板拱起):储罐底板中幅板焊接后若出现局部拱起(高度>10mm),在拱起区域的 “边缘部位” 用中性焰(火焰核心距板材表面 3-5mm)做 “点状加热”(加热点直径 20-30mm,间距 50-80mm),加热后用冷水快速冷却(碳钢),利用加热点收缩带动拱起部位平复。
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注意事项:火焰矫正需由经验丰富的焊工操作,避免单点加热时间过长;矫正后需对加热区域进行磁粉检测(MT),排查是否产生裂纹。
当单一方法无法矫正时,结合机械与火焰矫正:例如,储罐壁板严重弯曲(变形量>20mm),先通过火焰加热弯曲部位(使其软化),再用卷板机施加机械力,缓慢矫正,最后用火焰局部微调,确保精度。
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核心变形风险:壁板垂直度偏差、底板翘曲、顶板凹陷。
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预防重点:壁板组装时用内支撑圈固定,底板铺设预留收缩余量,顶板焊接采用 “从中心向边缘” 的辐射状顺序。
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矫正重点:壁板垂直度用 “拉拽 + 千斤顶” 矫正,底板翘曲用火焰点状加热,顶板凹陷用机械顶压。
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核心变形风险:筒体椭圆度超差、鞍座焊接处弯曲。
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预防重点:筒体对接时用 “滚轮架” 支撑(保持筒体水平旋转,均匀焊接),鞍座与筒体焊接前用刚性夹具固定。
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矫正重点:椭圆度超差用 “液压顶管机” 矫正,鞍座弯曲用火焰加热 + 机械顶推。
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核心变形风险:热膨胀系数大(是碳钢的 1.5 倍),易产生角变形、整体收缩。
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预防重点:采用小线能量焊接(如 TIG 焊),层间温度≤150℃,焊接后及时酸洗钝化。
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矫正重点:优先用机械矫正(避免火焰加热导致腐蚀),若需火焰矫正,加热后需做钝化处理。
处理后需按《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》(GB 50128)或相关标准验收,关键指标如下:
综上,储罐焊接变形的处理需贯穿 “预制 - 焊接 - 矫正” 全流程,优先通过工艺优化和工装固定预防变形,对已发生的变形需根据材质、变形类型选择机械或火焰矫正,最终确保储罐满足结构安全与使用要求。