有关焊接变形原理及其在储罐底板施工中的应用

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1、E＆CTechnologyl工程技术学兔兔www.xuetutu.com焊接变形原理及其在储罐底板施工中的应用李树谦中国天辰工程有限公司天津300400摘要储罐底板焊接变形量的控制是储罐施工质量控制的关键环节，底板的不平整度直接影响了储罐的整体使用寿命，为有效避免过大的焊接残余变形和残余应力，本文利用焊接变形原理，从设计和施工角度综合论述了保证储罐底板平整度的措施。关键词储罐底板焊接变形残余应力设计和施工中图分类号TE98文献标识码B文章编号1672-9323(2011)04-0060-04钢制储罐底板焊接变形量的控制对于储罐整体使用寿命至关重要，若底板存在较大凹凸变

2、形，则罐内介质高度变化产生的压应力致使罐底承受相应的交变载荷，易导致罐底板弹性疲劳，刑Ts从而使储罐整体失效。为防止上述失效形式，本文以焊接变形原理为出发点，综合考虑设计和施工因素，确保储罐底板平整度达到相应标准要求。1焊接变形原理1．1焊接应力及变形产生机理焊接接头局部区域的加热和冷却的不均匀性，使局部区域’⋯凝固’⋯l●⋯■⋯_一．内各部分金属处于从液态一塑性状态一弹性状态的不同状态，熔化’态这种不均匀温度造成的应力称为热应力，热应力是焊接应力及加热冶金反应冷却焊接变形的主要原因。焊件冷却时，被加热的金属已产生了压缩塑性变形，其长度比未被加热的金属短，由于周围金属

3、的阻碍作图1焊接经历过程M一金属熔化温度；用，使焊缝金属受拉应力而周围金属受压应力，压应力大于焊件(TS一金属凝固温度A1一钢的A1变态点TO一初始温度)的屈服极限时，焊件发生塑性变形。焊接残余变形是指由焊接引起的焊件尺寸改变，残余应力另外，焊缝金属在焊接加热和冷却过程中，发生6一Y—指焊件完全冷却后残留在焊件内的焊接应力。组织转变，各组织的比容不同，焊缝金属在冷却时体积发生变不受约束的焊件在加热时，其变形属于自由变形，冷却后不化，各组织的比体积也不相同，这种变化受周围金属的约束，使会有任何残余应力和残余变形；焊件受绝对约束，只存在残余应焊缝及周围区域产生应力和应变[

4、】。力而无残余变形；焊件若能充分自由伸缩，只存在残余变形而无再者，焊接应变和应力还受到焊件本身的刚性影响，焊件刚残余应力；如果焊件收缩不充分，则既存在残余应力又有残余变性大或受夹具的限制，焊接变形量小，但会产生较大残余应力。形。因此，焊接热应力、金相组织的比体积差异、焊缝金属冷却1．3焊接变形的型式时产生收缩、焊件本身的刚性及受约束度共同导致了焊接残余受焊缝结构型式、焊缝数量及分布、焊接顺序等因素影响，变形及残余应力的产生。焊接变形分为以下五种基本类型或这几种变形的组合】：1．2焊接残余变形、残余应力和约束的关系(1)纵向收缩和横向收缩变形：变形分别平行于焊缝和垂6D

5、l石油化工建设2011．04学兔兔www.xuetutu.com直于焊缝，是最基本的两种变形；3．1预留焊接收缩量(2)角变形：横向收缩量在焊缝厚度方向上不均匀分布所产由于焊接收缩量的存在，储罐底板如按设计直径进行下料生的变形，变形使构件平面绕焊缝发生了转动；排版，焊接完成后底板尺寸将会缩减，为此，可事先估算焊接收(3)弯曲变形：由于焊缝的布置偏离焊件形心轴，而由焊缝缩余量，将底板的排版直径在设计直径基础上适度放大。按照实的纵向收缩和横向收缩引起的变形；际经验，排版直径宜按设计直径放大0．15％～0．2％，常取(4)扭曲变形：由于装配不良及施焊顺序不合理，致使纵向0．

6、15％，若放大量过大，可能导致储罐经长期使用后会致使罐壁收缩和横向收缩没有一定的规律而引起的变形。外边缘板向上弯曲，造成大角缝应力过大。排版直径计算公式：(5)失稳变形：由于焊缝收缩，使刚性较小的构件失稳而引D=D0×(1+0．15％～0．2％)起的变形，也称为波浪变形，此类变形在薄板焊接时出现较多。式中：在罐底板焊接冷却后，近缝区受拉应力，离焊缝较远的区域D一储罐底板排版直径；受压应力，压应力大于等于临界应力时，底板就会产生波浪变形D一储罐底板设计直径。而失稳。3．2反变形oc=K(5／B)焊前将结构装配成与焊接变形相反方向的预先反变形，这式中：样既可以防止构件变形

7、又能减少焊接残余应力，从而达到保证5一板厚；焊件安装精度，储罐底板边缘板之间的对接焊缝便利用了此原B一板宽；理。K一与板的支撑情况有关的系数。垫板1．4焊接变形影响因素影响焊接收缩变形量的主要因素有：焊缝截面尺寸的大小，它是产生焊接收缩变形的动力；焊接结构刚度的大小，它是焊接收缩变形的阻力和条件。底板焊缝在设计和施工时应重点从上述两因素出发。图2焊接反变形示意图2焊缝结构设计措施3．3刚性固定法2．1尽可能减少焊缝的数量对于刚性较小的焊件，可采用夹具或临时支撑，增加焊件的编制材料计划时，综合考虑底板的直径及中幅板和边缘板刚性，达到减小焊接变形的目的。