摘要：LNG是当今世界发展最快的燃料，自1980年以来，以每年8％的速度增长。目前已进人高速发展时期。在大型LNG储罐的制作安装过程中，遇到首要的问题就是罐底板焊接变形，而罐底严重的焊接变形会降低储罐的承载能力、稳定性及密封性，甚至使罐底底板报废。且LNG储罐为全容式，一旦出现问题也无法修补。因此，罐底是整个储罐的要害部位，关系到整个储罐制作安装的成败。本文阐述了大直径LNG储罐底板焊接变形的控制措施，对06Ni9DR底板焊接具有一定的技术经济意义。
关键词：LNG储罐；06Ni9DR；底板焊接变形；控制措施
前言
16万立LNG储罐型式为全容式储罐，分为钢制内罐和预应力混凝土外罐，内罐和外罐设计均能够储存低温介质，外罐内壁到内罐外壁的距离为1m。预应力混凝土外罐高38.55m，外径86.6m，内径82m，底板面积大，包含焊缝数量多，焊缝较长，排布方式多样化，若施工措施不当，很容易引起变形；因而控制焊接变形的产生是保证整个储罐制作质量的重要环节。LNG储罐有三层底板，本文以二次底板的焊接变形控制为例，对罐底板焊接变形产生的原因及防止变形措施进行探讨。
一、罐底板焊接变形形成机理
二次底板的直径为81.7m，由36块边缘板，100块中幅板构成。焊接形式主要是边缘板之间的对接焊缝，边缘板与中幅板、中幅板之间的角焊缝。焊接变形的产生，从根本上说是因为焊接热过程中温度在构件上分布极不均匀，造成高温区域（焊缝处及焊缝的焊接侧）冷却后产生的收缩量大，低温区域收缩量小，这种不平衡的收缩导致了构件形状的改变。对于某种具体结构，其最终的变形与焊接的位置及焊接本身的收缩量有关，此外焊接过程中还会产生呈一定规律分布的内应力，其存在也会影响到构件的变形。由此可见，为了控制焊接变形，一方面要增加焊接时构件的刚度或外界对构件的约束，另一方面更要设法降低焊接温度场的不均匀程度，以减小变形的驱动力。
二、焊接变形的控制措施
2.1反变形控制
边缘板组对间隙为3±1mm，钝边厚度为1-3mm。首先完成所有内罐边缘板的铺设工作（分组预制时放好半径），按照要求放大半径，全部就位后，所有边缘板间隙调整完毕后，再进行焊缝组对焊接。
LNG储罐底板边缘板焊接与常压储罐不同，底板采用不加垫板的全熔透焊缝，所以焊接顺序也有所差异。要求底板边缘板一次焊接完成，不预留收缩缝，所以变形控制更为严苛。二次底板边缘板采取反变形措施，使用日子卡具进行加固，根据施工经验日子卡具的间隔为400-600mm。用圆钢钢筋或斜尖垫高，保证间隙处离地约12-20mm。采用1m的弧形样板中间高起12mm以上，反变形打6-8mm。如下图所示。
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2.2焊接工艺和焊接方法
线能量和层间温度对06Ni9DR板的焊接接头力学性能影响很大，焊接线能量过大，由于焊接热循环的影响使得焊接接头的抗拉强度、硬度尤其是冲击韧性影响很大。焊接操作过程中焊接线能量过小，金属流动性差，焊缝成形不良，易产生咬边、未熔合等焊接缺陷。线能量要控制在22.5kJ/cm以下，层间温度控制在100℃以下。
2.3选择合理的焊接顺序
2.3.1边缘板焊接：
焊接时采用隔缝焊接，焊工均匀分布，禁止焊工集中在一片区域施焊。底板焊接时预留两条对称的收缩缝，用来最后调节。为了减少热输入，底板焊接采用Φ3.2的焊条。边缘板焊缝两侧各焊接一块引弧板和收弧板，引弧时应从引弧板开始，打底过程中要求焊焊300mm跳300mm，采用分段跳焊方法进行焊接。Ni9焊条的铁水流动性差，接头容易出现收弧气孔，收弧时适当增加停留时间，焊接过程中焊工采用不锈钢专用钢丝球或砂轮片进行层间清理。一条焊缝完成打底后，进行下一条焊缝的打底，禁止连续施焊，焊缝的层间温度控制在100℃以下，方能进行下一层的焊接，防止热量过分集中，减小焊接变形。层间接头要错开50mm以上，避免焊缝应力集中，打底完成后铆工采用1米的样板尺测量角变形情况，每一层反变形放2mm，一直到盖面之前反变形还有3-4mm，再进行盖面。
2.3.2中幅板焊接：
中幅板的焊接原则为从中心到四周，先短缝、后长缝、最后焊龟甲缝。焊接时可将中幅板分成若干区域，焊接区域内的焊缝，将区块连成一个大块，再将通长焊缝焊接，连成一个整体。通常焊缝焊接时由于焊缝长，焊缝收缩力较大，这时必须保持焊缝能够自由收缩，从而不影响整体结构，从而控制焊接变形。
组对完成后进行临时性的点焊，点焊后进行锤击保证上下板无间隙。焊接时采用刚性固定法。（待焊焊缝必须有沙袋或其它重物压住距离焊缝500mm左右），进行预防变形措施。中幅板预留4条收缩缝，将中幅板分成四个区域，如下图所示。
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在焊接过程中，先焊独立区域内的所有的短焊缝，待短焊缝焊接完成后，在进行中幅板通常缝的焊接。焊接前必须打磨掉临时固定的点焊，使其完全在自然状态下进行，中幅板焊缝在焊接过程中不受其他中幅板的约束，焊接过程中产生的拉应力和压应力很小，产生的焊接变形量必然小。长焊缝从中间向两侧分段退焊并跳焊。跳焊方式为焊300mm，跳300mm；这种焊接方式，一方面可以减少一次性焊接长度，减少焊后变形，另一方面可以通过对称焊，抵消焊接过程中的焊接应力，最终达到控制焊接变形的目的。
结论
大型储罐底板焊接变形虽然不可避免，但只要采取合理的焊接工艺、焊接方法和控制焊接变形的工艺措施，是可以控制在合理的范围内，保证底板焊接质量。
参考文献：
[1] BS EN 14620：2006 《现场组装操作温度介于0℃～- 165℃的立式圆筒平底低温液化气钢制储罐的设计和建造》
[2] GB 50128-2014 《立式圆筒形钢制焊接出罐施工规范》
[3] 陈祝年 焊接工程师手册 第2版 2009.10
[4] 付荣柏 焊接变形的控制与矫正 2006.05
作者简介：
王健；男；（1991-5）本科；技术员；2013年07月毕业于辽宁石油化工大学，获学士学位，现就职于中国石油天然气第六建设有限公司，任焊接工程师；研究方向：焊接技术.
论文作者:王健
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/2
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