石油储罐底板焊接质量控制

[摘要]石油储罐底板是焊接质量控制的关键部位，采用科学合理的措施减小和避免储罐底板变形，可以提高储罐整体的焊接质量和承载能力。在详细分析石油储罐底板焊接变形原因的基础上，提出了控制储罐底板焊接变形的方法，对提高石油储罐罐底焊接质量有着重要作用。

[关键词]石油储罐；底板焊接；焊接工艺；质量控制

1焊接变形及形成机理

一般情况下，石油储罐的罐壁厚度都不很大，现在的焊接设备和方法完全可以满足薄壁储罐的焊接作业，但是，焊接工艺技术一直被焊接变形问题所困扰，在对石油储罐进行焊接，特别是对罐底板部位进行焊接时，非常容易产生较大焊接变形。

1.1不均匀受热以及构件的刚性约束

对焊件进行焊接的实质是进行不均匀的局部加热，位于高温区域的焊缝和焊缝两侧的部位，在受热的情况下会产生不同程度的膨胀，由于处于低温区域焊件的刚性限制，则不能自由地延伸，所以就产生了热塑性变形。在焊件冷却过程中，由于高温区域产生的热塑性变形又使收缩量不断变大，低温区域则会产生较少的收缩量，从而导致储罐的底板产生凝缩变形。

1.2金相组织的转变

对焊件进行焊接作业时，高温区域的组织会从原来的珠光体转变为奥氏体，再对其进行冷却时，又会从奥氏体变成混合体，还有可能转变为马氏体。对储罐底板焊接的加热和冷却速度都比较快。焊接之后组织也会呈现不均匀性。所以，焊缝和受热影响区域都会呈现出硬度和脆性变大的情况。延伸率以及断面产生的收缩也会增大，储罐底板就会形成应力并产生变形。在组织变形、凝缩变形的共同作用之下，石油储罐底板会产生横向和纵向的收缩变形，这两种变形会造成储罐罐底产生形变，如波浪变形、收缩变形、弯曲变形等。

2引起储罐罐底焊接变形的主要原因

导致石油储罐罐底产生变形原因较多，在进行焊接设计和实际施焊过程中必须给予足够的重视。焊接变形的主要原因有：(1)在焊接过程中形成径向收缩。在对石油储罐进行焊接时，如果受到外部的力量或者应力没有达到平衡，就会产生焊接变形现象，在这种条件下就会产生径向收缩，收缩又会使罐底的中幅板产生应力或者使位于罐底的板角发生形变，上述两种情况都会形成较大的焊接变形。(2)焊接之后产生横向收缩现象。位于储罐底部的焊缝比较多，在进行焊接作业时，接缝部位在施焊后会形成横向收缩的问题，如果出现这种情况，石油储罐的侧面管壁就会形成较大的应力，焊接变形就会从此产生。(3)焊接之后形成的纵向收缩。该种焊接变形和上述情况比较类似，横向收缩是由于接缝部位在施焊之后顺着横向部位形成收缩，而纵向收缩则是由于接缝顺着纵向方向形成焊接收缩，这种收缩现象也会导致焊接变形，石油储罐的底板就会形成焊接变形。(4)施焊时受热不均引起的储罐底板焊接变形。在对石油储罐罐底进行焊接时，由于焊接工艺方法较多，在进行焊接作业时，焊接件极易产生局部位置受热不均现象，例如，焊缝处于高温区域，则会由于温度较高而导致焊接受热膨胀，焊缝附近未进行热处理则会处于低温区，所以，低温区域就会对焊缝的延伸进行制约。焊接作业完成后，储罐在进行自然冷却过程中，高温和低温区域不同部位的收缩量会有较大的差异，位于高温区域的罐底板由于发生了热塑性变形，所以产生的收缩量就相对比较大。而处于低温区域底板的收缩量会较少，收缩量的不均衡会使底板产生的应力出现较大差异，从而引起罐底的焊接变形。除此之外，如果三种变形共同存在的话，会导致三种不同形式的应力同时叠加到石油储罐底部，底板就会发生更为严重的变形。

3储罐底板焊接变形的控制办法

3.1采用性能先进的焊接设备

焊接技术的更新换代，焊接的性能也会产生相应的变化，焊接研究人员把先进的焊接技术应用到焊机上来，石油储罐的生产制造商应关注焊接设备的最新发展趋势，选用性能先进的最新焊接设备，做到专机专用，从而有效提高罐底的焊接质量。

3.2对焊接材料质量进行管控

焊机性能和焊接材料质量优劣直接关系到储罐的焊接质量和效果，在制作石油储罐时必须选用符合设计要求的焊材，从选商采购、验收等方面加强对焊接材料质量的管控，保证质量好、性能优良的焊接材料应用到石油储罐的焊接当中。

3.3设计好科学合理的焊接顺序

石油储罐底部是由中幅板和边缘板搭接焊接而成，而中幅板是由很多板拼合而成，在进行焊接工艺设计时，应该采用收缩变形最小的方法设计科学合理的焊接顺序和质量保证措施，从而保证罐底板的焊接质量。在对中幅板进行焊接作业时，应先焊接焊缝较短的部位，之后再焊接长焊缝，底板的初层焊道应该采用退焊或者分段通焊的方法。对罐底边缘板进行焊接，应该首先焊接距离边缘300mm的部位，当石油储罐罐底和壁板之间进行连接的角焊缝完成后，在边缘板和中幅板收缩缝进行正式焊接以前，对余下的罐底边缘板以及中幅板进行焊接作业，不是边缘板罐底部位不可以预留焊接收缩焊缝。当底圈罐壁板的纵向焊缝施工之后，对储罐底部和壁板进行连接的角焊缝进行焊接。采用上述的焊接顺序，可以最大程度地避免焊接应力的产生，焊接变形也会相应地减少。

3.4选用合理的焊接办法

在对储罐底板进行焊接时，应该采用多种方法来预防焊接变形问题。例如，采用分段焊接的方法，可以减轻由于焊接时产生的收缩。也可以利用刚性固定的办法来减少变形量，还可以利用垫高烤道的高度，来减少焊接时产生的变形量。可以利用层间敲击的方式对产生的变形量进行一些抵消，这样就可以避免或减轻焊接变形造成的质量问题。

4结束语

石油储罐是油田企业必不可少的关键设备，对保证油田的安全生产发挥着重要作用，在对石油储罐进行生产制造时，必须重视对储罐底板的焊接质量控制，选用质量达到设计要求的焊接材料，利用先进的焊接设备进行施焊，按着科学合理的焊接顺序进行施焊，这样才能有效防止产生焊接变形，提高焊接质量，加快焊接速度，为企业创造更大的经济效益。

参考文献

[1]石磊，帅健，王晓霖，等.大型石油储罐地基沉降研究现状[J].石油工程建设，2018，44(1)：12-18.

[2]孙兴钢.石油储罐建设中常见技术问题分析[J].化工管理，2015，(4)：209+223.

[3]高泽涛.大型石油储罐的安全性（壁板与环板的角焊缝部分研究）[J].石油施工技术，1985，(4)：39-47+3.

作者：刘畅 单位：大庆油田工程建设有限公司油建二公司