立式拱顶水箱配制要点的分析探讨

摘要 ：介绍水箱制作要点：采用电脑 排版计算、底板边缘采用弓形板布置、拱顶胎具控制成型、提升等工艺控制制作成本和焊接变形。
关键词：排版、底板布置、拱顶成型、壁板变形控制、提升。
引言：我公司于20007年6月至8月在玛纳斯电厂制作了1个500m3和2个1500m3立式拱顶水箱，罐体材料为Q235钢板，δ为4-14mm，采用倒装、管内倒链提升法施工，采用电脑排版，选用合适的卡具、胎具及焊接工艺，较好的控制了焊接变形和取得了较好的经济成果。
1、排版：设计图纸一般选用的是80年代的典型设计，图纸中的材料规格与实际可以采购的规格相差较大，如果按照图纸的尺寸下料，施工用料将是实际用料的1.5倍左右，将造成材料的极大浪费，为了节约材料和施工的需要，须根据现有材料重新排版。
1.1底板排版；
利用开平板长度可根据实际需要长度进货的特性，边缘弓形板宽度利用材料宽度，边缘弓形板长度按底板周长偶数等分原则用CAD制图排版，尺寸精度可达到1mm，可精确下料，中腹板在边缘板定位后逐级演算、绘图优选最佳。例：1500m3底板排版图（图一）
图一






1.2顶板排版：
1.2.1、顶板数量计算
N=(R+r)*л/（A-2a）
钢板数量n=N/2.
注：R：水箱直径；r:中心板直径；A：板宽；a：搭接宽度(30~40)。
当N计算为非整数可在搭接宽度幅度内适当调整后是整数量进一，搭接量按整数重新计算，但不得小于30mm。
1.2.2顶板计算：利用CAD制图的标注法测量顶板直线长度L以及外园弧长,例1500m3顶板计算图（图二）。
图二


1.3 壁板排版：根据罐体高度计算钢板代数，当顶圈宽幅较小，溢流孔位置与焊缝重叠或不能满足规范要求时，向下移；利用开平板的长度优势尽量采用长板（以能运输为限）以减少竖焊缝。
2、制作工艺及焊接变形控制
2.1 制作流程：
排版→放样→下料→底板制作→第一带壁板制作组合→顶板制作组合→提升→第二带及以下带制作组合→附件安装
2.2 罐底制作工艺及焊接变形控制
2.2.1底板采用弓形边缘板加中腹走廊板结构，中腹走廊板尽可能采用整板（开平板长度可开到可直板运输长度），搭接方式中幅板的铺设按从中心向外铺设的顺序先铺条形板，要保证好搭接宽度为40±5 mm。
2.2.2弓形边缘板对接弓形边缘板采用对接拼接，铺设时，按0→90°、 180→90°、 0→270°、 180→270°的方法进行定位铺设，以确保铺板的位置准确，也要保证组对间隙的内大外小的特点，边铺设边用组合卡具固定。弓形边缘板间隙按内大外小的原则，即外侧间隙为1-2mm，内侧间隙为2-4mm；
2.2.3焊接变形控制
1）降低焊接电流，采用分段退焊，采取合理的焊接顺序（1→2→3）（图三），一般先间断焊，后长焊，由中心向两边对称焊；










2 ）弓形边缘板与中腹板分别焊，留其连接缝为收缩缝待罐体施工完成后最后焊接，其原则是利用每条焊缝尽可能自由收缩，以减少钢板和焊缝中的内用力，减少底板变形。
3）焊接时夹具使其尽量贴紧，每条焊缝至少焊2遍。罐体与罐底两侧的角焊应先点焊后长焊，先内后外交替进行。
4）组对接口下料及坡口采用自动火焰切割机下料，保证组对间隙均匀，从而保证焊接收缩量均匀。
2.3 灌顶制作工艺
2.3.1胎具设计与安装
1）以罐中心为基点设置环状支撑环（外侧2圈支撑环间距不超过500mm），以后间距可放大到1000mm。环间用角钢加工拱顶弧度的径向加强筋并相与支撑环连接与立柱形成立体支撑网（胎具）。
2）以设计确定的水箱顶中心作为第一块水箱顶板的中心线，并以此线为基准把每一块水箱顶板的位置线用冲子在包边角钢和临时顶圈上打上记号，然后按排版图尺寸在包边角钢点焊好挡铁。
2.3.2顶板安装
1）顶板预制
根据排版图在牛皮纸上按实际尺寸放样，再按放样图下料尺寸精度控制在2mm以内，顶板外侧在卷板机上预先卷制成标准弧度（由于外侧宽，刚度较大，弧度成型较难，故需预先卷制）。
2）顶板吊装：先用吊车在轴线基本对称位置上组对四块顶板，调整后定位焊，再依次按位置线放置剩余顶板。
3）顶板组对焊接：顶板敷设完成后用卡具逐片卡死拼装，拼装完成后由拱顶向外点焊，点焊完成后即可由中心向外对称隔缝间断施焊。
4）包边角钢与罐顶之间的连接只需在外侧采用单边连续焊，以保证罐体超压时掀开灌顶而避免罐壁破裂。
2.4 罐壁板制作工艺及焊接变形控制
2.4.1罐壁板制作工艺
1）水箱底焊接完毕且检验合格后，按照排版图安装顶圈壁板。先在底板上划出顶圈壁板组装圆周，沿组装圆周点焊内外定位挡板。
顶圈壁板直径计算公式为：D=Di+na+Σ△
其中　　　　　　　D—放线直径； 　Di—理论直径；n—壁板数量；
a—焊缝收缩量；Σ△—每块壁板误差之和
2）顶圈板组装的关键在于事先控制好前面各个工序质量，如下料时长度、宽度误差、对角线误差、坡口角度误差等，卷制后的壁板弧度、垂直度、水平度均在规范误差内，组对时细心操作，使其错边量、对口间隙加以严格控制，就能大大减少误差积累从而较好的保证壁板组对的质量；组对每条纵缝时等距安装2组组装卡具，安装3组防变性弧板，以便组对和防止焊接变形；
3）顶圈壁板组对前，按放大直径在水箱边缘板上以水箱基础中心基准划出壁板外侧位置线，并安装外侧组对挡板。顶圈壁板的安装非常重要，其安装质量的好坏，将直接影响整个水箱安装的几何尺寸，必须严格按照标准控制垂直度、周长、上口水平度及椭圆度。
4）壁板围板时必须按照排好的位置对号入座，每块壁板的中心线应对齐相应的中心点位置。用吊车逐张圈板，每块壁板内侧安装临时支承3～4组，板与板之间的纵缝用龙门卡具连接固定，并调整好组对间隙2.5～3mm；整圈壁板全部组对好后调整壁板纵缝错边量。
5）内挡板的设置：壁板施工前，在水箱底板上放出水箱体内径大圆，沿圆周内侧在水箱底板上点焊内挡板。内挡板尺寸为：100×100×8mm，沿圆周每隔 1.5m设一个。
2.4.2焊接变形控制
罐体焊接时壁板焊缝产生的焊接应力较大，其中又以壁板立焊缝焊接应力为最大，采用合理的焊接顺序使焊缝自由收缩，壁板焊接先焊立焊，后焊环焊缝，否则容易造成罐体凹陷；环缝时多名焊工均匀分布，分段按同一方向间断焊。
2.5 罐体提升
2.5.1顶升装置配制安装： 起吊立柱焊接固定在离水箱壁板300～400mm的圆周底板上，用于提升已组合焊接的壁板及顶板。
1）起吊立柱的规格及长度确定
所选立柱的规格依据满足使用要求，方便安装的原则，3吨倒链采用D125×4钢管或扣焊的［16槽钢选用为立柱，5吨倒链采用D150×6的钢管或扣焊的［18槽钢的选用立柱，10吨倒链采用D200×6的钢管或扣焊的［22槽钢的选用立柱，其高度H依据下式确定：
H=A+L+C
式中：A——箱壁板最高度（m）
L——倒链本身吊点用最小净距离
C——根据实际确定的余量取500㎜
2）吊柱的数量配置：立柱数量按以下三个因素确定
A、吊装载荷：起吊最后一层壁板以上箱体及所有附加载荷重，其计算公式为 Q总=（Q壁+Q顶+Q附+Q机）×K
式中Q壁——壁板（不包括底层箱壁重，箱底板重）（㎏）
Q顶——箱顶（含包边角钢，加强角钢重）（㎏）
Q附——栏杆、盘梯及附件重（㎏）（暂时不进行安装）
Q机——施工机具（胀圈等）附重（㎏）
K——系数考虑到摩擦阻力及收力不均性等因数取1.3
B、倒链提升能力：根据每台机具起重力P和提升总重Q总测定机具的台数
即n=Q总/P
C、相邻吊点的跨距:箱的壁板厚度直径比值极小，整体的钢度较差，相邻点跨距过大会导致箱壁失稳，一般要求跨距不超过5m左右。
2）胀圈组件安装
拱顶安装完毕后，在顶层壁板内下缘处安装胀圈组件，胀圈至壁板下缘口的距离200mm。胀圈组件用于罐体的撑圆和罐体的提升，组件包括胀圈和千斤顶。胀圈需在拱顶安装前吊至罐底板上。
胀圈组件安装步骤如下：
A、在现场钢平台上放胀圈1：1大样，检查其圆弧度，整节胀圈与大样偏差不得超过3mm；
B、在箱罐拱顶安装前将胀圈吊至罐内相应的安装位置附近；
C、拱顶安装完毕后，在顶层壁板内侧下缘划出胀圈及其定位卡具的安装定位线，每节胀圈设四个卡具，卡具安装在距胀圈端部2m位置；
D、在相临两胀圈挡板之间放置一台5吨千斤顶，放置好后同时顶紧6台千斤顶，直至胀圈与壁板贴紧为止，胀圈组件即安装完毕
2.5.2提升

1)胀圈上部壁板焊接卡板，使胀圈与壁板形成整体，防止胀圈滑动。
2)胀圈上焊制起吊挂耳，用n个（按计算数量）手动葫芦均匀提升罐体至第二壁板安装位置。
2.5.3第二层壁板的安装
箱罐拱顶安装完毕之后，在首层壁板外按排版图进行第二层壁板的围设。
1）在首层壁板上用油脂笔划出标尺，以便于罐体顶升时观察罐体起升高度。
2）用吊车将壁板吊装到位，调整好位置后，其上部和下部均用角销楔紧，使其与首层壁板贴紧。相临两块板之间的对接缝间隙调整好后进行组立焊，调整好后用弧形板固定，以防止焊接时产生变形。
4）弧形板与壁板之间的焊点长度为10mm，焊点间距200mm，组立焊时只焊上部角焊缝，下部不焊。每条缝的上、中、下部各设置弧形板一块，上部距壁板顶面40mm，下部距壁板底面200mm，组合后保证相临两块板的上下口水平偏差小于2mm，整个圆周上任意两点水平的偏差小于3mm。
5）弧形板材质尽量与壁板材质相同，圆弧半径与罐壁内侧半径相同，材料厚度为12mm，长800mm~1000mm，宽140mm，可用边角料制作。
6）壁板围设时，留一道自由口，壁板组合完毕后，即可进行罐体的提升工作。
3、结语

立式拱顶钢罐的制作是一项复杂的钢结构施工工程，只有将其制作过程中的工艺进行具体分析，才能针对采用合理的排版、卡具、胎具、胀圈和提升方式，以及合理的焊接施工工艺，总结出相应措施来控制材料损耗、制造工艺以及防止和减少焊接变形，从而取得较好的社会和经济效益。