球罐组对焊接的质量控制

摘 要：球罐环带焊缝及丁字缝是球罐质量的薄弱环节，安装过程中严格执行合理的组装工艺、焊接工艺可有效控制球罐的整体安装质量。

关键词：球罐质量；错边量；棱角度；焊接裂纹

多年球罐组焊的实践以及对旧球罐的开罐检测，发现球罐环带焊缝及丁字缝是球罐质量的一个薄弱部位，易出现错边量、棱角度超标、丁字口焊接裂纹问题，使用运行时会引起应力集中，造成接头的附加弯曲应力，降低焊接接头的承载能力，影响球罐结构的安全。因此，如何解决这些问题成了施工中关注的重点。

1 错边量的控制

目前，国内众多的球皮制造厂家所压制的球壳板都是以净尺寸供货，所以控制球罐每条组对焊缝各个点的错边量，重点就在球片几何尺寸的准确性和球罐组装工艺合理性以及组对过程几何尺寸的严格控制上。组对球罐时控制球罐焊缝的错边量应作到以下几点。

1.1 组对前球壳板几何尺寸的检测

球罐组对前除按规范要求测量球壳板的弦长及对角线弦长外，还应该认真测量每片球壳板的环向、纵向实际弧长、曲率，特别是每片球壳板的周边曲率，将直接影响组对焊缝的错边量。依据实际弧长可以准确计算出各带上下环口直径以及球罐基础圆的放样尺寸。如果各带组对环口的尺寸相差较大，就必须通过放样尺寸来调整，使其达到合理的整体组对要求。

1.2 建立合理球罐组装工艺

合理的球罐组装工艺是保证球罐总体组装质量的关键。球罐整体成形后，产生的各方面的约束力较大，再进行错边量的调整是件很困难的事。在组对每带的过程中进行调整，才能保证组装后的总体质量。通用的组装工艺如下，经实践检验是非常合理的工艺。

1.2.1 根据实际测量的赤道带球壳板的实际弧长累加，再加上已确定的赤道带纵缝间隙总值，计算出基础圆的周长，以此为基础圆的放样直径，在基础墩上画圆。同时以基础墩上的滑板来调整各基础墩的相对高差≤1mm，确保安装时环口的水平度。

1.2.2 采用分片组装工艺时，球罐柱脚的组装是组装的关键，它直接关系到球罐赤道带组对环口的水平度。组对在组装平台上进行，组对平台的不平度应小于2mm，组对时放出实样进行组对。

支柱赤道板中心轴线的平行度L1-L2≤2mm，且支柱与赤道板相贯线之间的间隙小于2mm，组对的支柱水平度以U型管液位计测量其偏差不大于1mm。

1.2.3 支柱与赤道板组对后依次吊装在基础墩滑板上，这时要求支柱柱脚板中心线与基础圆中心线相吻合，赤道板顶部用拖拉绳拉住，然后安装两支柱间的拉杆，再依次安装柱间插板（吊装插板前应测量柱脚垂直度和球壳板的垂弦高以及插板位置的底部、顶部弦长、对角线偏差，通过拉杆进行调整）赤道带整体组装完后，测量组对的几何尺寸，并按要求调整到整体组装后的几何尺寸要求，这是保证组对上、下温带及整体尺寸质量重要环节。

1.2.4 赤道带调整好后安装上、下温带板，同样要求安装一带，调整一带，以调整好的赤道带环口尺寸为基准，只要保证各组对焊缝间隙就非常容易保证上、下温带组装质量。

1.2.5 安装上、下极板并进行调整。

1.2.6 球壳板全部组装完毕后，应该整体调整，认真测量焊缝的错边量，每条焊缝不少于4点，且每个丁字口处都要认真核查。

1.3 控制纵缝两端的棱角度

丁字缝是应力集中点，也是棱角度变形较明显的地方，如果纵缝两端焊后棱角度过大，在球罐组对时很可能出现错边量超标。因此整体组对后的球罐，纵缝两端一定要有圆弧板加固，使焊后棱角度能控制在7mm以内。

1.4 防止极板下沉

极板与温带的环口组焊时容易出现极板下沉而引起错边量超标，主要原因是组装应力、极板重力以及随后焊接产生的焊接应力的综合作用造成了固定焊焊缝开裂而致，另外局部预热温度过高，会削弱固定焊焊缝的强度，更易使固定焊焊缝提前开裂，引起极板下沉。因此固定焊焊缝一定要饱满，有足够的强度，当预热温度过高时，必须在温带里加固挡板，防止板板下沉。

2 棱角度的控制

2.1 坡口形式的确定

球罐通常采用的坡口形式是大坡口在外的不对称X型坡口，如图（a），但施工中发现选用（a）型坡口，易产生焊后棱角度过大，选用（b）型坡口焊后棱角度要小，特别厚壁球罐尤为明显。所以厚壁球罐宜采用大坡口在内的不对称X型坡口。

2.2 焊接顺序

当选用大坡口在内的不对称X型坡口和坡口在内的单面V型坡口时，焊接时应先焊内部焊缝，这样先焊的内部焊缝就有了一定的刚性约束，有利于减小焊接的棱角度，同时坡口的碳弧气刨、打磨清根均在球罐的外面运行，可改善焊工的劳动条件。

2.3 采用钢性固定法

采用大坡口在外的不对称X型坡口时，在焊缝内侧均匀布置数块弧板进行刚性固定，焊后能达到控制棱角度的目的。

2.4 减少焊缝金属填充量

球罐组对时一定要控制焊缝间隙尺寸不要过大，第一层打底焊尽可能焊薄些，以减少背面清根深度，相应减少棱角度。另外，正面填充焊时应预留一至两道，待背面焊接结束时再进行正面焊。

2.5 控制焊前角变形

实践证明，只有在焊前严格控制角变形E≤4mm，才是最有效保证焊后角变形不超标的方法，具体做法如下。

2.5.1 成带前认真检查球壳板的曲率。

2.5.2 薄壁板的刚性小，成带组对时易受自身重力的影响及组对外力的影响，出现焊道外的内变形，因此采用支承杆即可控制组对球罐椭圆度，同时尽可能将环口向外预变形，这样也是保证避免焊后出现内角变形超差。

3 焊接裂纹的控制

3.1 严格控制焊接工艺规程

有效执行焊接工艺纪律，是避免焊接裂纹最有效的方法。焊前应严格预热，宜采用电加热的方法，该方法升温均匀，停温点易控制。另外，施焊时应尽量采用小电流、快速焊的方法，控制层间温度不要过高。焊后及时进行消氢处理，消氢时恒温时间要足够长。

3.2 减小焊接应力

组焊时应避免局部的强力组对，减少组装应力，同样能改善焊缝内应力过大。

多人对称焊接，尽可能做到同等同向、同步，第一、二层焊缝应采用分段退焊。在采用多层、多道焊接的同时，配合锤击消除应力是防止丁字口裂纹有效措施之一，锤击范围主要是丁字口附近300mm范围内，锤击应在焊完每一道口后立即进行。

3.3 控制纵缝端部质量

纵缝端部是引弧和收弧的叠加部位，易产生各种微缺陷，当焊接应力较大时这些微缺陷易扩展成裂纹，因此，纵缝焊接时应尽可能在两端200mm范围外引弧，最好能设置引弧板、收弧板来保证纵缝端部质量。

4 结束语

焊接质量的控制应贯彻在球罐安装的全过程中，严格合理的组装工艺、焊接工艺的执行是非常重要和必不可少的，忽略了任何一个步骤，都有可能给球罐使用质量带来隐患。

参考文献

[1]GB50094-2010球形储罐施工规范[S].

[2]SH3512-2011石油化工球形储罐施工技术规范[S].

[3]GB150-2011压力容器[S].

[4]陈祝年.焊接工程师手册[S].

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