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SUS304储罐焊接施工中的变形控制

文档作者：王天艺文档来源：东北石油大学机械科学与丁程学院		点击数：	更新时间： 2021年02月28日
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2011年第4期
炼油与化lT
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 37
SUS304储罐焊接施工中的变形控制
王天艺
(东北石油大学机械科学与丁程学院，黑龙江大庆163318)
摘要：文中分析了SUS304不锈钢的焊接特性及其与普通碳钢的性能差异。阐述了SUS304不
锈钢储罐焊接施 过程中变形的诸多影响因素、控制措施及控制效果。并针对储罐的底板、
壁板、顶板等关键部位的焊接提出了具体的变形控制措施，收到了较好的控制效果。
关键词：奥氏体不锈钢；储罐；焊接；变形控制
中图分类号：TG404 文献标识码：B 文章编号：167l一4962(2011)04—0037—03
某工程不锈钢储罐的材质为SUS304不锈钢，
其罐顶为锥形固定顶结构；储罐的罐顶、罐壁、罐
底均采用对接焊缝；储罐整体施工全部采用倒装
法安装，主体外部采用手工电弧焊焊接，内部采用
氩弧焊封底焊接。
1 SUS304材料的特性
1．1物理特性
SUS304奥氏体不锈钢属于日本标准JIS系列，
相当于中国标准(GB)中的0Crl8Ni9。与普通碳钢
相比具有2个特点。(1)线膨胀系数大，比碳钢大
冈4 盖头气侧导气槽受力分析
图5 改造后的气侧导气槽分布
将C201A／B／C乙烯压缩机开起来。一直平稳运行
1 a无故障，实现了压缩机的长周期运行的目标。
6结束语
通过加强膜片的质量控制，提高了膜片质量
和使用寿命；通过T艺改造，增加入口缓冲分液
罐、增加伴热和保温，控制住 I：艺介质相变带液问
题；通过改变压缩机气侧盖头曲面上导气槽的分
布，解决了膜片与压缩机气侧盖头曲面有“气垫”，
受力不均匀的问题。
从改造后设备的运行情况看，该次的技术攻
关取得了圆满的成功，实现了己烯一1隔膜式压缩
机安全、平稳、长周期运行的目的。
参考文献：
[1]国家发展和改革委员会．隔膜压缩~4LJB／T 6905—2004[S]．
北京：中国标准出版社，2004：3-4．
[2]刘加．隔膜压缩机的发展研究与国内外生产厂家概况[J1．
压缩机，2009(2)：21—23．
[3]郁永章，刘勇．特种乐缩机[M]一E京：机械工业出版社，
1989：48—52．
[4]么子云，郭海涛，段礼祥．建立离心压缩机故障诊断标准的新
方法 J]．油矿场机械，2010(8)：65—67．
收稿日期：2011—06—12
作者简介：陶立玉，女，1：程师，1999年毕业于大庆石油学院化工与
石油机械I 程专业，现从事化工丁艺技术管理T作。
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40％ ，并随着温度升高而提高；(2)热导率低，为普
通碳钢的1／3。
1．2焊接性能
(1)SUS304易造成铁离子污染和渗碳，因其
杂质的存在易破坏氧化膜而发生腐蚀。
(2)焊缝产生热裂纹倾向比普通碳钢大。热
裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性
强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和
聚集。同时它的导热系数小，线膨胀系数大，所以
焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生⋯。
(3)SUS304焊接件容易在焊接接头处发生晶
间腐蚀，其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热
到450～850 oC温度范围停留一定时间的接头部位，
在晶界处析出高铬碳化物，引起晶粒表层含铬量
降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表
层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。
(4)因SUS304的热导率小，线膨胀系数大，在
焊接加热和冷却的条件下，焊接接头在冷却过程
中可形成更大的拉应力，导致焊缝及其周围区域
产生比普通碳钢更大的焊接变形。
所以SUS304为材质的储罐焊接施工时，防变
形措施是一项重要的技术措施。因为结构稳定性
差，特别是薄壁小型储罐，易产生变形且变形后不
易处理，而不锈钢储罐变形更大，因此不锈钢储罐
焊接的最大难点就是焊接变形的控制。
2焊接变形的控制
由于预制精度、组装误差和焊接时的热变形
等，储罐底板、壁板和顶板都会产生不同程度的变
形。由于薄板在焊接过程中受热变形比厚板大，
所以薄壁储罐的焊接变形更为明显和难以控制。
焊接变形是由于焊缝被高温加热急剧膨胀，然后
冷却引起焊接处的收缩和弯曲而产生的 。
若储罐变形超过标准许可的范围，不仅会影
响储罐的外观，而且还会在外载荷的作用下产生
应力集中和附加应力，降低储罐的使用能力，使储
罐的安全性下降，严重的则会影响储罐的使用。
2．1底板变形的控制
2．1．1变形原因分析 立式阑筒形储罐的底部变
形比较复杂，也比较难控制。罐底变形是南多种
焊接变形的集合体，包括4个方面的变形 。
(1)焊缝的横向收缩对钢板产生的应力与变
形；(2)焊缝的径向收缩对钢板产生的应力与变
形；(3)底板与壁板角缝、底边板与底中幅板间环
焊缝的径向收缩引起底边板角变形和中幅板的应
力与变形；(4)以上3种应力的叠加极易使钢板失
稳，产生较大的波浪变形。
2．1．2变形的控制措施 控制底板的焊接变形应
采取7项措施。
(1)焊缝坡口选择双V形坡口，焊接时应先焊
短(横)缝，后焊长(纵)缝，第1层焊道应采用分段
退焊法或跳焊法。因为短焊缝收缩量大，焊接短
缝时焊缝两端的收缩余量较大，不易产生较大的
焊接残余应力，在一定程度上减小了变形。
(2)焊接短焊缝时，必须将长缝的定位焊点铲
开或不焊。可使短焊缝受热伸缩提供足够的余量
或自由的活动端，使其不受外力约束，减小焊接残
余应力，从而减小焊接残余变形。
(3)焊接长缝时，由中心向2侧分段退焊。焊
接长缝时第1层焊道由中心向2侧分段退焊，焊接
短缝时第1层焊道采用分段退焊法或跳焊法，可以
有效减小焊接变形。因为分段退焊或跳焊法焊按
时焊缝处的内应力中拉应力远大于压应力，且其
拉应力峰值比较平缓，焊缝不易出现横向或纵向
缩短，可以有效地控制变形。
(4)罐底与罐壁连接的角焊缝的焊接，施焊程
序为：用手工焊时，宜采用分段退焊法，先焊内侧后
焊外侧，焊工对称均布，沿同一方向施焊。
(5)焊接变形是由于焊缝附近受热收缩或膨
胀引起的，因此控制焊缝的受热面积和受热量也
可以起到减小变形的作用，由于奥氏体不锈钢没
有淬硬性，为控制变形和减少晶问腐蚀，可以采用
边焊边水冷的施工方法。
(6)采用较小的焊接电流，较快的焊接速度，
就能有效地减小变形。但是焊接电流和焊接速度
又是互相影响的，焊接电流小必然导致焊接速度
慢，因此控制好焊接电流和焊接速度的中间值，使
焊接电流和焊接速度到最合理的数值，可以适当
的减小焊接变形。
(7)针对不锈钢储罐焊接变形大的特点，必须
采用反变形夹具。即在焊前先将钢板与焊接变形
相反的方向进行人为的变形，使反变形的量与焊
接变形的量相同。焊接后，焊接变形正好吸收了
焊前的反变形，使钢板趋于平整，反变形角度一般
在3。左右。反变形夹具的应用见图1。
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王天艺．SUS304储罐焊接施工中的变形控制 39
图1 反变形夹具的应用
2．2罐壁变形的控制
2．2．1变形原因分析 罐壁的变形主要集中在纵
向(竖向)焊缝和环焊缝附近，是由于焊接局部受
热产生的变形。
纵向焊缝的焊接变形有3种。即焊缝外突或
内凹；焊缝两端外翘变形；波浪变形。环缝的焊接
变形主要是焊缝的内凹。纵向焊缝的焊接变形不
仅与焊接线能量、焊接顺序有关，还 壁板预制卷
板有关。壁板预制卷板弧度不合适，可以加剧纵
向焊缝的焊接变形。卷板弧度过大，强行组对容
易产生纵缝外突；卷板弧度过小，强行组对容易产
生纵缝内凹。在卷板弧度正确的情况下，一般先
焊接纵缝外侧，再焊接纵缝内侧可以控制纵缝变
形在允许范罔之内。纵向焊缝在焊接第1层焊道
时宜采用分段退焊法或跳焊法 。
2．2．2控制措施
(1)壁板立缝(纵向焊缝)焊接时，除产生角变
形外，还会产生纵向的收缩变形和波浪变形，为防
止各种变形，在焊接立缝前，可在壁板内侧焊接龙
门板，起到防止壁板变形的作用，必要时在壁板外
侧焊缝1侧或2侧加装龙门板和背杠防止波浪变
形，见图2。
冈2 缝防变形龙¨板
立缝的焊接应由几名焊T沿圆周均匀分配对
称焊接，以使焊缝内的应力均匀，从而提高罐体的
稳定性。立缝的2端应各留出200 mm不焊，等到
环缝组对完成后与环焊缝一起焊接，因为在纵焊
缝施焊时，极易在焊缝2端出现150 IYIITI左右的外
翘变形，给环缝组对造成困难，使丁字焊缝的应力
增加。
(2)壁板环缝的焊接变形控制主要靠胀圈。
在焊接工艺上，应采用多层多道焊，并注意控制层
间温度。几名焊工沿圆周均匀分配，采用分段退
焊同向对称焊接，速度保持一致，能使焊缝产生的
应力均匀分布，同1道焊缝宜在相同的气温条件下
一次性焊完，防止由于外界温度巨大变化而产生
应力的不均匀分布。
2．3顶板变形的控制
锥形罐顶与普通拱顶罐的施 l 方法不同。从
锥顶中心将罐顶板吊起，辅以倒链或加减丝将最
后1道焊缝合拢。其组对焊接过程与罐底板的组
对焊接过程相同，防变形措施也相同，先焊肋条的
目的在于对罐顶板的刚性 定，防止罐顶板在吊
装过程中由于原焊接残余应力和外载荷相叠加产
生应力失衡，而产生波浪变形。锥顶罐板最后1道
纵缝的焊接与防变形遵循罐底板的施T方法。
2．4其它部位焊接变形的控制
在储罐施T中，除了罐底、罐壁和罐顶的焊接
变形外，还包括壁板与罐底的大角缝的焊接，人
孔、清扫口及 r艺进出口等处的焊接。
储罐的大角缝是受力的关键部位，特别是大
型储罐和不锈钢储罐必须采取防变形措施。在焊
接储罐内大角缝时，可采用槽钢支撑，这样可防止
环形边缘板因焊道的横向收缩产生角变形向上翘
起。对于边缘板与中幅板分开的储罐要注意槽钢
应支撑在最边缘的底板上，切不可将支撑撑到底
板的中幅板上，这样反而阻碍了环形大角缝焊后
的收缩，增大焊后的内应力，有可能导致与壁板产
生更大波浪变形。焊接储罐外大角缝时，在储罐
边缘板外侧和壁板之问沿周焊上一些半龙门板，
以此来防止外大角缝的变形。不锈钢储罐因其热
导率小，线膨胀系数大，控制大角缝的角变形主要
通过控制线能量来进行。
人孔、清扫口及工艺进出口等处的焊接变形
控制与其它部位相类似，需注意的是加强板弧度
必须与储罐保持一致，不能进行强力组对；开孔处
应按施工图精确下料以减少装配问隙，防止由于
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炼油与化工
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY 第22卷
容器圈座上板式吊耳的结构设计
张明霞’，梁小青 ，巨艳春 ，李 彤
(1．大庆石油化工机械厂，黑龙江大庆163711；2．大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆163714；3．大庆石化公司化肥厂，黑龙江大庆
163714)
摘要：四川石化公司360 kt／a乙二醇装置的EG第二浓缩塔再沸器是大型立式换热器，设备质
量107 t，需要安装起吊设备的吊耳。由于标准的吊耳都不能使用，安装吊耳的位置又被设备
圈座占用，文中设计将吊耳板与圈座组合在一起，首创一种新 的吊耳结构，既满足工程需
要，又节省不锈钢的材料消耗。
关键词：吊耳；圈座；结构设计；换热器
中图分类号：TQ051．5 文献标识码：B 文章编号：1671—4962(20“)04—0040—03
四川石化公司360 kt／a乙二醇装置的EG第二
浓缩塔再沸器，是引进美国UOP公司技术的大型
立式换热器，设备公称直径2 700 mm，设备总高
1 1 810 1'／1／／1，设备质量107 t。设备吊耳应安装在设
备重心以上大于1．5 nl的位置，安装专业提出的设
计条件中，合理的吊耳安装位置被设备圈座占用，
无法按照常规选用和安装标准的吊耳” 。该设计
将板式吊耳与圈座组合在一起，形成新型的吊耳
结构，见图1。
1标准轴式吊耳
1．1常规设计
按常规设计、依据设备的实际条件，应选用标
准 中的轴式吊耳，型号AXC一500—20，见图2。
为防止起吊设备时简体失稳，按照标准规定，
安装吊耳处的设备简体厚度应不小于44 mm。
该设备公称直径2 700 mm，简体材料不锈钢
06Crl9Nil0，简体名义厚度30 mm。受标准自身结
构的限制，为了满足标准吊耳对简体刚性的需要，
应将安装吊耳处的不锈钢筒体由原设计30 mm加
厚到44 ITI1TI，加厚段简体的长度不小于2 200 mm，
过多的填充焊缝金属而产生变形。
2．5焊接变形的矫正
SUS304的机械强度较碳钢的高，产生的焊接
变形量又大，所以矫正变形的难度大，但南于铬镍
奥氏体不锈钢常温时的力学性能优于碳钢，低温
时又具有机械强度高、韧性好的优良特性，因此焊
件焊后立即进行快速冷却和矫正，均不易引起焊
缝开裂现象。SUS304在450～800℃的敏化温度区
问内加热时，有促进碳化铬的析出，使晶界出现贫
铬现象而导致晶间腐蚀的倾向。SUS304的焊接变
形，只能冷矫(如千斤顶的顶胀等)，而不宜热矫。
3结束语
SUS304储罐由于其材料的金属工艺特性，焊
接变形是不容易控制的。对普通碳钢不会产生太
大影响的因素，对SUS304储罐可能是重大影响因
素。因此必须对每个焊接施工环节要严格控制，
板材预制加T 、组对焊接必须严格控制在误差允
许范围内，所选定的焊接T艺参数及焊接顺序和
手法必须严格执行；板材及半成品的拉运和存放
应做好产品防护；焊道的返修对焊道变形影响严
重，确保焊缝合格率；对产生的变形要仔细分析原
因，采取有效的防变形对策。
参考文献：
[1]陈丙森．焊接手册(第二版)[M]．北京：机械T业出版社，
2003：l9—23．
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2002：2—4．
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上海金属．2011(2)：58—60．
[4]申建国．大型储罐底板焊接变形控制[J]．化工建设工程，
2002，25(4)：26—28．
收稿日期：2011—07—06
作者简介：王天艺，女，现就读于东北石油大学过程装备与控制工
程专、l

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