大型球罐球壳板设计、成型与组焊的要点分析与概述

球壳板的设计、压制与组拼焊接是球形储罐建造的几个核心环节，其工艺复杂程度高，周期和地域跨度大，需兼顾钢板供货能力、压制几何精度、材料性能保持与焊接质量保障。
以下分别从设计、压制及组焊三个维度来分析各自的关键点：


一、设计阶段的关键点
结构形式与分带角选择
球壳板结构形式需根据球罐容积、材料种类、厚度等来综合考虑，常见的有桔瓣式、足球瓣式及混合式，混合式是由桔瓣式和足球瓣式混合而成，符合大多数国人的中庸之道，所以被广泛采用。

球罐的支柱数量和分带角的设计需结合球罐的内直径，钢厂的供货板宽、运输时宽度的限制、压制组拼过程中起吊重量、焊缝总长、材料利率等来综合考量。
当经验不足时，可直接按照国标 GB/T 17261 《钢制球形储罐型式与基本参数》来设计。
 
二、压制工艺的关键点
1.投料厚度的确定   施工图中一般除了要标注了名义厚度外，还应标注球壳板的最小成型厚度。  制造厂在钢板采购时，除了需要满足名义厚度外，还需要根据最小成型厚度、压制减薄量来确定钢板的投料厚度和厚度公差。    一般的工程经验：曲率、钢板强度、钢板厚度、压制工艺都是影响减薄量的因素。


2.冷压成型工艺参数
根据钢板强度和规格，选择匹配的液压式压力机和上下模具，按照合理的工序进行模压成型。一般应遵循“先两端后中间”“先横后纵”顺序分多遍压制，严禁单次过载导致钢板损伤。
压制后需用弦长≥2m的样板检测曲率，间隙≤3mm，超差时通过胎具加垫板或扁钢校正。
3、坡口制备曲率合格后，再划出坡口切割线，利用轨道和半自动的切割小车、火焰（或等离子）切割器切割球壳板的周边坡口。

4、几何精度控制
压制后需检测球壳板的曲率、弦长、弧长及厚度等几何精度是否满足标准规范及设计图纸的要求。例如，曲率应满足：当球壳板弦长大于或等于2000mm时,样板的弦长不得小于2000mm;当球壳板弦长小于2 000 mm时,样板的弦长不得小于球壳板的弦长。样板与球壳板的间隙《不得大于3mm。几何尺允许偏差：对刚性差的球壳板几何尺寸宜在托架上测量，其中长度方向弦长允差不大于±2.5mm，宽度方向弦长允差不大于±2.0mm，对角线弦长允差不大于±3.0mm。两条对角线应在同一平面上。用两直线对角测量时，两直线的垂直距离偏差不得大于5.0mm。

三、组拼焊接的关键点

1、组焊顺序与工艺

1）球罐在现场组装时，多采用散装法。散装法是以单块球壳板为最小组装单元的组装方法。先将带有支柱的赤道板固定在基础上，再安装相邻带支柱的赤道板，然后在两张带有支柱的赤道板之间插入不带支柱的赤道板，并加以固定，以此类推，直到组装完赤道带。
     赤道带安装完后，依次安装下极带板，然后安装上极带板。
    以五带混合式球罐为例，散装法组装施工程序依次为:支柱和赤道板组对 → 赤道带板组装 → 中心柱安装→下温带板组装→上温带板组装→ 中心柱拆除→下极板组装→上极板组装→ 内外脚手架搭设→调整及组装质量总体检查。

组装精度控制是保障焊接质量的前提条件，调整及组装质量总体检查时应严格控制球壳板的组拼间隙和错边量不超差。

2）球罐的现场焊接是产品质量保证的关键环节。   原则性的焊接顺序为：先焊纵缝，后焊环缝；先焊短缝，后焊长缝；先焊坡口深度大的一侧，后焊坡口深度小的一侧。
  焊工应对称分布、同步焊接；在同等时间内超前或滞后的长度不宜大于500mm; 焊条电弧焊的第一层焊道应采用分段退焊法；焊接应采用多层多道焊，每层焊道引弧点宜依次错 开25～50mm，并控制好层间温度，减少变形和降低焊接残余应力。
2、焊接质量控制

     焊前严格清除坡口两侧50mm范围内的焊渣、氧化皮、水锈、油污及灰尘；施焊时，尽量避免在非焊接处引弧，以免造成电弧擦伤而产生微裂纹，对不慎造成弧疤或弧坑，均进行打磨消除，所有打磨处经测厚均须满足有关工艺要求，并经表面检测合格。     球罐现场焊接时，对焊接热输入较敏感，因此应严格控制焊接电流、焊接速度，严格控制焊接热输入量不得超过焊接工艺评定报告上的最大值。球罐大坡口侧焊缝焊接后，采用碳弧气刨背面清根，定位焊所形成的焊缝金属必须全部清除干净，清根后采用砂轮进行打磨，露出金属光泽，坡口形状呈U形，再进行表面渗透检测，结果须符合NB/T 47013标准的I级要求。

3、焊缝的无损检测与焊后整体热处理

1）球罐现场组焊的对接接头应采用射线检测或超声检测。     其中，射线检测包括射线胶片照相检测(RT)、射线数字成像检测（DR)、射线计算机辅助成像检测（CR);超声检测包括相控阵超声检测(PAUT)、衍射时差法超声检测(TOFD)、脉冲反射法超声成像检测(UIT)和不可记录的脉冲反射法超声检测（UT）。

     2）整体热处理（一般采用内燃法）。    当介质毒性较强、介质存在应力腐蚀风险或球壳板壁厚达到一定厚度，以及设计人员认为有必要焊后进行热处理的，需要按照标准规范及图纸要求，在无损检测合格后进行球罐整体焊后热处理。     热处理时需要需控制升温速率、恒温时间及任意两点之间的温度差，确保达到消除焊接残余应力的效果，并且将热处理的不利影响降低到最小。


四、总结
     球壳板的设计需综合钢板的供货尺寸、压制成型效率与尺寸精度保障、焊缝总长控制与焊接质量保证等因素来精心考量。一个经验丰富的球罐专业设计人员，可以从主体材料选择、优化分带角到焊接坡口设计、焊后无损检测方式选择等全过程做出最适宜的选择，在保障球罐安全稳定运行的基础上，实现球罐设计的经济性和艺术性。
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