浅谈不锈钢储罐的修复矫正措施

王文权(中石化第五建设有限公司，广东 广州 510100)

0 引言

作为国内最大的煤化工示范项目，随着项目工程进入施工高峰期建设任务的加速进展，施工质量方面存在的问题也随之增多，其中就有中天合创聚烯烃项目的一台1700m3、材质是304L的不锈钢储罐在焊接完第一圈壁板环缝后出现变形需要及时修复，变形控制的难点不仅仅是因为罐体的壁板较薄容易变形，而且还因为储罐内侧从上到下有三个个体较大且均匀分布的螺旋溢流板要与壁板相焊接，在有效控制好壁板焊接变形的稳妥情况下还要控制好螺旋溢流板带来的焊接变形，难度可以说不言而喻。

这台不锈钢储罐根据施工方案采用倒装法施工，主要存在的质量问题就出现在第一圈薄壁板纵缝局部出现波浪变形、两带板间的环缝焊接收缩变形严重及在焊道处产生的凹陷变形部位达13处之多，而且凹陷部位的长度各不相同(长的有：1800mm,短的有200mm),直接影响到上下两带壁板的成型质量，而且这种缺陷变形严重超出了规范要求的取值范围[1]；其中，最大的一个凹坑用1米钢板尺靠过去量得的深度尺寸是60mm，并且受变形影响面积较大，怎样在较短时间内修复这些罐体凹坑，怎样在控制壁板焊接变形的同时还要控制好壁板内螺旋溢流板的焊接变形，可以说给罐体的组对安装及后续展开的焊接质量都带来了不小的难度。

焊接工程质量好坏的关键因素主要就是焊接变形量的控制能力，而薄壁板焊接变形又具有复杂性，多元性等特点，一旦控制不好会对焊接的质量产生重大的影响。

1 不锈钢储罐产生的变形原因分析

有接触过储罐制作和安装的人员都知道：不锈钢储罐不管是在下料、切割、组对间隙、焊接及成品保护等方面都要比一般碳钢储罐有着不同程度的高要求，所以说控制措施必须提前到位，同时在施工时务必引起高度重视。根据这些年一直从事储罐预制、安装的经验，一台储罐不仅要在前期的预制阶段控制好每张钢板的几何尺寸，而且还要在组对、焊接阶段控制好变形量的大小，这里面的主要原因是安装过程中的焊接变形情况比较复杂，控制和矫正焊接变形又是安装工作中较难把控的事情，特别是不锈钢薄板的焊接变形。

1.1 根据现场安装经验分析总结得出储罐产生变形的原因

(1)情况是板材在下料、加工预制阶段操作人员技能水平的高低不同和机械设备加工精度等方面原因导致板材几何尺寸存在的偏差；

(2)情况是加工好的半成品壁板拉到现场逐一开始进行组对、安装后所引起的误差或者可以说是累计误差；

(3)情况是两张壁板纵缝之间及两圈壁板环缝之间在焊接受热时热胀冷缩所产生的应力变形。

1.2 根据对现场情况的深入了解，造成这台不锈钢储罐严重变形的主要原因

(1)施工作业人员经验不足且不按技术工艺卡要求执行焊接程序，施工工序过程一味求快；

(2)焊接时电流调控大小根据本人平时喜好调整，而且随意性很大，内部缺失监督协调人员；

(3)焊接时不按方案认真执行，盲目采取先焊内侧焊缝后焊接外侧的焊接方法，并且焊接人员在焊接时的焊接方向各不相同；

(4)拍完RT需要返修片子时，焊工与铆工之间缺乏沟通，施工单位也没有一个统一的协调人员，直接安排人员在没有采取任何加固措施的情况下就开始进行返修作业；

(5)壁板纵缝焊接时，准备工作不到位；(例如：壁板外侧防波浪变形的刚性立板没有加固安装)

(6)施工单位及项目管理人员监管不到位，没有及时发现存在的问题。

2 修复方案

针对这台不锈钢储罐的变形特点，事先根据它的变形量大小和部位，采用先难后易三步走的修复计划：

第一步先用记号笔标出需要修复的严重变形部位(包括纵缝及环缝)，安排专人用不锈钢专用切割片切割做好记号的焊道位置，切割时不管是纵缝还是环缝要根据情况适当在需要修复部位的两端各加长切割长度约200mm左右，这样能更好的采取相应措施来释放其焊接应力，接下来就要重新开始修磨焊道坡口角度、调整间隙大小及布置胀圈及临时支撑位置，焊接时采用先焊接壁板纵缝焊再焊接环缝，等纵缝焊接完成彻底凉透且无任何应力存在后，再开始组对及焊接环缝，并且焊接时必须先从外侧后内侧及分段倒退焊的焊接方法分别焊接壁板环缝不同的修复部位。

第二步等焊接完那些严重变形部位后，再仔细检查罐体的其它变形情况，对于那些环缝附近局部还有凹下去的明显部位，需要刻意增加一至多个5t千斤顶从罐内向外施加一个顶胀的力(施加顶力之前一定先要在管壁外侧用楔子塞紧临时固定档板，使整圈壁牢牢固定在定位板的直径范围之内)，尽力去消除由于环缝局部焊接变形严重带来的质量问题，对于变形凹坑来说修复时力的大小和顶置位置至关重要，首先要确定好顶置位置，其次是顶胀时力要适当过顶一些，避免顶力撤销后不锈钢板材发生变形回弹现象。

第三步对于那些环缝处还有小的凹坑则采用磨开罐壁内侧环缝2/3板厚(切记焊道不要磨透)的方法，操作时适当再增大一下电流施焊来弥补环缝焊接凹陷变形数值超标的问题，在施焊的同时施加一个顶胀或拉拽力的话效果会更明显。

三步走的过程当中，措施控制是避免不了的，一般常用的措施有：采用小线能量焊接、合理的焊接顺序、采用夹具刚性固定、利用反变形法和焊后采用小锤锤击焊缝来释放应力等。

3 修复实施

根据不锈钢储罐纵缝局部波浪变形及环缝收缩变形的严重情况，力求在修复工作中做到在控制好纵缝焊接的同时还要加强对环缝焊接的监控，这两个方面都是储罐焊接变形当中最容易发生变形的部位，也是储罐焊接中的一个非常重要控制环节；所以最终制定了如下的措施加以修复变形部位：

首先，重新衡量起提升罐体安装和防止环缝变形的槽钢胀圈，因为它的规格大小和圆弧度的准确程度是直接影响焊接变形的一个重要因素，所以说必须根据罐体大小和重量选择适合做胀圈的槽钢[2]，为使防变形效果更好一些，有条件的话还可以把两槽钢相扣焊接成方钢使用；其次，不管使用槽钢或者方钢作为胀圈，焊接环缝时也是要采用人员均布、焊接方向一致及分段倒退焊等方法才能保证焊接应力对储罐变形的影响，只有这样做环缝焊完后出现的焊道收缩、垂直度及椭圆度等质量问题才能有效控制在规范要求的范围之内。

3.1 纵缝焊接具体修复措施

安排人员在事先标注好位置的罐体上切开纵缝并修磨好坡口形式及调整焊缝间隙大小，经检查合格后在修磨好的纵缝处进行点焊，完成这项工作后方可在纵缝内侧所切割部位加适当数量的防变形弧板，(两弧板之间的间距250mm为宜，壁板两端约125mm的地方进行点焊)这样做不但可以起到防止壁板角变形的作用，还可以对纵缝间隙起到刚性固定防止收缩过大而产生变形，并且还要在纵缝一侧约60mm处点焊一块长度大于带板宽度约200mm，宽度在150mm以上的不锈钢厚板后方可焊接，利用刚性固定来抵消焊接变形产生的应力。焊接时务必优先选择小电流分段倒退焊接的办法加以控制变形量的发生，对于极易在壁板两端150mm左右的区域内出现的外翘变形，一般采用：在焊接纵缝时留出壁板两端120～150mm左右的范围不焊，待其与环缝组对连成一体时再焊接完成。

3.2 环缝及其它焊接具体修复措施

(1)在环缝的修复过程当中采用先难后易的方法，先切开罐体有大面积凹陷部位的焊道来释放其焊接应力，同时再逐一在罐体内侧点焊临时支撑来校正其变形情况，并采用内、外卡样板的方式校正罐体圆弧度的准确性，对于点焊的临时支撑，撑的力度可以稍大一些，确保修复部位回弹后能回到原位，其支撑数量根据具体情况设置(设置支撑间距500mm左右为宜)，并选择偏小的焊接电流和分段倒退焊接的方法先焊接环缝外侧，等外侧环缝焊完后安排人员彻底清理内侧环缝根部，经检查合格后再用稍大一些电流再施焊环缝内侧。

(2)在处理环缝变形当中应尽量避免使用锤击，一方面为了减少壁板表面出现多的锤痕麻点，影响罐体表面外观成形；另一方面锤击过程当中会引起罐体的剧烈震动，安装、焊接当中释放不出来的应力会随着锤击的震动作用而转移变形位置，导致罐体其它部位出现新的应力变形，其具体表现形式就是凹陷；

(3)对于螺旋溢流板的焊接也是要提前预判它的产生原因，待完成壁板环缝焊接的所有工作且检查、检测全部合格后方可在壁板内侧按溢流板的走向加固临时支撑(间距约500mm)，每提升完一带壁板加装一段溢流板，逐渐依次按壁板提升高度加装焊接完成，焊接时也同样采用小电流分段倒退焊的方法来控制溢流板变形的发生，并且焊接人员不易过多，焊缝不能一次完成，要多层多道焊接，在三个螺旋溢流板来回穿插焊接就能有效控制焊接变形的发生几率。

3.3 修复状况

根据GB 50128—2014标准，矫正修复后的结果如表1所示。

表1 纵缝、环缝修复结果

经过这几轮的修复作业，从之前纵缝的波浪变形很明显到修复后用板尺测得的数值为2mm，环缝收缩的数值从最大值60mm到修复后测得数值小于6mm，检查测得的数值与之前的数值对比情况来看，整体修复效果达到了预期，可以说修复任务是成功的，也是符合规范要求的。

4 结语

储罐安装过程控制当中的焊接防范措施一旦到位，给施工带来的不确定因素就会大大降低到最低点，反之如果措施控制不好的话，不仅会影响储罐的外观成形，而且还会在外载荷的作用下产生应力集中和附加应力，大大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正常使用。针对这次不锈钢储罐的变形特点，必须根据实际变形情况制定切实可行的修复方案，做到矫正工作有的放矢。