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摘要：储罐是石油化工中油品和各种液体化学品的储存设备，是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。储罐施工主要要求是在保证质量安全的前提下，缩短施工周期、提高经济效益和安全性。本文以凯瑞英项目储罐建造项目为实例，结合实际情况，运用理论知识，浅谈防止储罐焊接变形、焊接应力的措施方法。
关键词：储罐；技术总结；焊接变形；焊接应力；措施
一、引言
本文以山东凯瑞英羟脲磺胺类医药中间体产业链项目消防给水及加压泵站2台6000m³拱顶储罐为例，进行储罐施工过程中预防焊接应力及焊接变形的技术措施的技术总结。2台6000m³拱顶储罐中单台储罐重量约180吨，直径22000mm，高度为20772mm；底板厚度为10mm；各带壁板厚度6～18mm之间。储罐一般刚性较差，板薄，施工过控制焊接应力、焊接变形非常重要。
二、储罐焊接应力与焊接变形
储罐焊接过程中由于温度场的变化及焊件的约束，在焊缝及附近区域产生应力成为焊接应力。焊接过程中产生的应力超过材料的弹性极限，以至于冷却后在焊件中留有未能消除的应力称为残余应力。
焊接热输入引起材料局部加热，使焊缝区融化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，受压产生变形。在冷却过程中，已发生变形的这部分材料又受到周围材料制约，不能自由收缩，在不同程度上又拉伸而产生变形。与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。在室温条件下，焊后残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。
三、储罐焊接应力及变形的危害
当外部载荷的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑形变形，丧失了进一步承受外部载荷的能力，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也随之降低。如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外部载荷应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。
焊接变形的危害：降低装配质量；影响外观质量、降低承载能力；增加矫正工序，提高制造成本。
四、储罐施工过程中预防焊接应力及焊接变形的技术措施
（1）组装技术措施
储罐由于直径较大、板材厚度较薄，焊缝多，焊接量较大。如果没有得当的控制方法，底板局部便会产生起拱、鼓包显现，焊接应力难以释放。壁板纵缝、环缝局部会凹陷或者出现扁平。采用排版、合理的焊接顺序刚性固定、反变形等方法可以有效地减少焊接应力及变形。
①储罐排版要符合《立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范》GB50128-2014规范的要求，焊接要分散、对称布置。排版时候尽可能减少焊缝数量，选择板幅比较宽、板长较长的钢板作为壁板以减少焊缝数量，进而减少焊接工作量。为了避免焊缝过于集中，上下两带壁板的纵缝需错开距离为板长的1/3，不小于300mm。由此减少焊接应力及变形出现的可能性。
②底板边缘板对接接头采用不等间隙，间隙要外小内大；采用反变形措施，在边缘板下安装楔铁，补偿焊缝的角向收缩。
③壁板卷制中要用弧形样板检查边缘的弧度，避免壁板纵缝组对时形成尖角。可用弧形护板定位控制纵缝的角变形。
（2）焊接技术措施
在储罐焊接应根据焊接工艺评定报告，编制合理的焊接作业指导书，采取对称焊、分段焊、跳焊等方法减少焊接变形。
①底板控制焊接变形的措施
1>底板焊接分为中幅板焊接、边缘板焊接、中幅板与边缘之间的收缩缝焊接。罐底焊接工艺原则：采用收缩变形最小的焊接工艺及焊接顺序。合理的焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力。焊接顺序：中幅板焊缝→罐底边缘板对接焊缝靠边缘的300mm部位→罐底与罐壁板连接的角焊缝（在底圈壁板纵焊缝焊完后施焊）→边缘板剩余对接焊缝→边缘板与中幅板之间的收缩缝。（由内向外原则）
2>中幅板应该先焊接短焊缝，后焊接中幅板长焊缝。焊接前要将长焊缝的定位焊点全部铲开，用定位板固定。遵循由罐中心向四周并隔缝对称焊接的原则，分段退焊或跳焊。见图1-1：从中心向两端隔缝焊接。即先焊接长焊缝1，再焊接长焊缝2；打底焊接采用分段跳焊法，焊接前必须做反变形措施，焊接完成后用铁锤敲击焊道，以矫正变形和释放应力。
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1-1
长焊缝1焊接时，以长焊缝中心为基点，先焊接中心部位长缝2～3m（先将中心固定）。再根据长焊缝长度，从中心向两端分布4～6名焊工同时进行焊接，采用分段退焊法（见图2-2）进行焊接。
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2-2
中幅板焊接完成后，再焊接边缘板对接焊缝靠近边缘300mm的位置，边缘板对接焊缝坡口须进行PT检测、焊接完成后进行RT检测。然后倒装法组装各带壁板。完成后，焊接边缘板剩余对接焊缝。最后焊接边缘板与中幅板之间的收缩焊缝。
3>罐底与罐壁连接的角焊缝：先焊内侧环形角缝，再焊外侧环形角缝。由数对焊工对称均匀分布，同一方向进行分段焊接。初层焊道采用分段退焊或跳焊法。
②壁板控制焊接变形的措施
1>焊接工艺原则：先焊纵向焊缝，后焊环向焊缝。环缝焊工要对称分，沿同一方向施焊。
2>焊接顺序：罐壁纵向焊缝→组对第一圈和第二圈环缝→组对纵向焊缝焊接活口→第一圈与第二圈环缝→纵向焊缝活口焊缝→下一圈壁板纵向焊缝，以此类推。
3>打底焊时，焊工要分段跳焊或分段退焊。
4>在焊接薄板时，应采用φ3.2的焊条，采用小电流、快速焊的焊接参数施焊，采用小焊接热输入，减少焊缝的热输入量，降低焊接应力，减少焊接变形。
③罐顶焊接工艺
1>焊接工艺原则：先短后长，先内后外。
④储罐焊接刚性固定法及反变形法
为了防止储罐薄板焊接变形，在环焊缝两侧加型钢、压铁或楔子压紧固定。在纵焊缝采用弧形加强板，日字形夹具进行刚性固定。
反变形法，在储罐底板焊接时，为了抵消焊接变形，在焊前组对时，先将焊缝向焊接变形相反的方向进行人为的变形，只要预计准确，反变形法控制得当，就能取得良好的效果。
焊接变形超出规范要求时，可通过机械矫正、火焰加热矫正两种方式矫正。
五、储罐检验与试验
（一）焊缝质量检验
1.焊缝外观检查前要将熔渣、飞溅清理干净。
（1）焊缝表面及热影响区不得有裂纹、气孔、夹渣、弧坑和未焊满等缺陷。
（2）储罐罐壁内侧焊缝余高≦1mm。
（3）对接焊缝的咬边深度≦0.5mm，连续长度≦100mm，两侧咬边总长度不应超过该焊缝总长度的10%。
2.焊缝无损检测
（1）罐壁钢板最低标准屈服强度>390MPa时，焊接完毕后应至少经过24h后再进行无损检测。
（2）罐底厚度≧10mm的罐底边缘板，每条对接焊缝外端300mm应进行射线探伤，质量等级应符合规范要求。
（3）罐壁焊缝的无损检测应符合设计文件要求，设计无要求时，按照《立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范》 GB 50128-2014的规定执行。
（4）当板厚>12mm时，可采用衍射时差法超声检测。
六、结束语
在储罐施工过程中只有准确了解其难点及关键点，并且采用有效的控制措施加以控制，就能保证质量、缩短施工周期、提高经济效益。
参考文献：
[1]《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》GB50128-2005
[2]《化工设备设计全书-球罐和大型储罐》徐英 杨一凡 朱萍
[3]山东凯瑞英羟脲磺胺类医药中间体产业链项目储罐施工图纸