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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)機械科學(xué)與丁程學(xué)院		點擊數(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 文獻標識碼：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準JIS系列，
相當(dāng)于中國標準(GB)中的0Crl8Ni9。與普通碳鋼
相比具有2個特點。(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乙烯壓縮機開起來。一直平穩(wěn)運行
1 a無故障，實現(xiàn)了壓縮機的長周期運行的目標。
6結(jié)束語
通過加強膜片的質(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；通過改變壓縮機氣側(cè)蓋頭曲面上導(dǎo)氣槽的分
布，解決了膜片與壓縮機氣側(cè)蓋頭曲面有“氣墊”，
受力不均勻的問題。
從改造后設(shè)備的運行情況看，該次的技術(shù)攻
關(guān)取得了圓滿的成功，實現(xiàn)了己烯一1隔膜式壓縮
機安全、平穩(wěn)、長周期運行的目的。
參考文獻：
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北京：中國標準出版社，2004：3-4．
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[4]么子云，郭海濤，段禮祥．建立離心壓縮機故障診斷標準的新
方法 J]．油礦場機械，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，有利于S、P等元素的低熔點共晶產(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。因為結(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 。
若儲罐變形超過標準許可的范圍，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。因為短焊縫收縮量大，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鏟
開或不焊。可使短焊縫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。因為分段退焊或跳焊法焊按
時焊縫處的內(nèi)應(yīng)力中拉應(yīng)力遠大于壓應(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
序為：用手工焊時，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，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，強行組對容
易產(chǎn)生縱縫外突；卷板弧度過小，強行組對容易產(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，因為在縱焊
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行。
人孔、清掃口及工藝進出口等處的焊接變形
控制與其它部位相類似，需注意的是加強板弧度
必須與儲罐保持一致，不能進行強力組對；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。由于標準的吊耳都不能使用，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 文獻標識碼：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)選用和安裝標準的吊耳” 。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標準軸式吊耳
1．1常規(guī)設(shè)計
按常規(guī)設(shè)計、依據(jù)設(shè)備的實際條件，應(yīng)選用標
準 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)，按照標準規(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。受標準自身結(jié)
構(gòu)的限制，為了滿足標準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的機械強度較碳鋼的高，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
時又具有機械強度高、韌性好的優(yōu)良特性，因此焊
件焊后立即進行快速冷卻和矯正，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)要嚴格控制，
板材預(yù)制加T 、組對焊接必須嚴格控制在誤差允
許范圍內(nèi)，所選定的焊接T藝參數(shù)及焊接順序和
手法必須嚴格執(zhí)行；板材及半成品的拉運和存放
應(yīng)做好產(chǎn)品防護；焊道的返修對焊道變形影響嚴
重，確保焊縫合格率；對產(chǎn)生的變形要仔細分析原
因，采取有效的防變形對策。
參考文獻：
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2003：l9—23．
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上海金屬．2011(2)：58—60．
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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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