尹亮安陽(yáng)傅偉慶趙樹(shù)炳

1.舟山國(guó)家石油儲(chǔ)備基地有限責(zé)任公司 316000; 2.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司 065000

大型儲(chǔ)罐的焊接質(zhì)量控制

尹亮1安陽(yáng)2傅偉慶2趙樹(shù)炳2

1.舟山國(guó)家石油儲(chǔ)備基地有限責(zé)任公司 316000; 2.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司 065000

介紹了大型儲(chǔ)罐的焊接質(zhì)量預(yù)控、焊接過(guò)程控制和焊后控制的一般方法，總結(jié)出了大型儲(chǔ)罐焊接必須掌握的一些方法和步驟。

焊接質(zhì)量預(yù)控；焊接過(guò)程控制；焊后控制

目前國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐的焊接方法已比較成熟，基本上形成了與設(shè)計(jì)系列配套的焊接方法。然而各個(gè)施工單位的焊接方法有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。為了更好地延長(zhǎng)大型儲(chǔ)罐的使用壽命，保證焊接質(zhì)量是非常重要的，為此簡(jiǎn)要介紹一下焊接質(zhì)量的控制。

1 焊接質(zhì)量預(yù)控

焊接質(zhì)量預(yù)控體現(xiàn)的是一種主動(dòng)焊接質(zhì)量控制的思想，是在正式焊接工作實(shí)施前的一種技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程，主要包括如下工序。

1.1 焊接工藝評(píng)定的審查

施工單位需根據(jù)設(shè)計(jì)文件的要求，提供覆蓋本項(xiàng)目的所有焊接工藝要求的焊接工藝評(píng)定，包括焊接方法、材料（母材、焊接材料）和焊接位置。合格后，要求施工單位根據(jù)焊接工藝評(píng)定和現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)環(huán)境編制切實(shí)可行的焊接工藝規(guī)程和焊接工藝卡。

1.2 焊工資質(zhì)的審查

審查要點(diǎn)包括焊接方法、焊接位置和有效期。

1.3 焊接方案的審查

審查要點(diǎn)包括焊接順序、變形控制措施、焊接檢驗(yàn)手段和檢驗(yàn)器材的配備。

1.4 焊工現(xiàn)場(chǎng)考試

根據(jù)本項(xiàng)目焊接工藝的要求，由監(jiān)理公司組織有焊接資質(zhì)的焊工，根據(jù)其資質(zhì)允許的焊接范圍進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的考試，考試合格者方可上崗作業(yè)。

1.5 監(jiān)理實(shí)施細(xì)則審查

監(jiān)理公司要根據(jù)工程實(shí)際編制切實(shí)可行的監(jiān)理實(shí)施細(xì)則，制定焊接過(guò)程中的停檢點(diǎn)和報(bào)驗(yàn)程序。

1.6 無(wú)損檢測(cè)方案的審查

無(wú)損檢測(cè)單位要根據(jù)設(shè)計(jì)文件及規(guī)范要求編制無(wú)損檢測(cè)專項(xiàng)方案，重點(diǎn)審查無(wú)損檢測(cè)方法與對(duì)應(yīng)部位的符合性。

2 焊接過(guò)程控制

焊接就是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，使工件達(dá)到永久性原子間結(jié)合的一種工藝方法。焊接質(zhì)量控制主要包括兩方面的內(nèi)容：一是焊接本身質(zhì)量的控制，二是焊接變形的控制。焊接本身質(zhì)量問(wèn)題是由焊接缺陷造成的，焊接缺陷可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷包括焊瘤、咬邊、弧坑、電弧燒傷、表面氣孔、表面裂紋、焊接變形和翹曲等；內(nèi)部缺陷包括裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等。焊接缺陷的檢驗(yàn)方法包括滲透PT檢測(cè)、R射線檢測(cè)、磁粉MT探傷和超聲波UT探傷等。從某種意義上講，焊接變形的控制較焊接本身強(qiáng)度的保證更難以實(shí)施。因此，焊接過(guò)程控制必須從焊接方法的選擇、焊接工藝參數(shù)的確定、板材規(guī)格的選擇以及組對(duì)等多角度考慮。下面以罐底板和罐壁板進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1 罐底板

⑴ 中幅板規(guī)格

大型儲(chǔ)罐罐底板采用的規(guī)格是11×13800×2500mm,這樣可以大大減少焊縫的延長(zhǎng)米，一方面節(jié)約焊材，另一方面更有利于控制焊接變形。

⑵ 底板組對(duì)

儲(chǔ)罐底板采用帶墊板的對(duì)接焊縫（包括中幅板及邊緣板）。在組對(duì)吊裝過(guò)程中，為了防止板材變形選用長(zhǎng)度為6米的平衡杠進(jìn)行垂直吊裝；為了防止在打底焊接時(shí)鐵水沿底板與墊板之間外流，在組對(duì)時(shí)嚴(yán)格控制底板與墊板間隙，間隙≤1mm。

⑶ 焊接方法的選擇

采用CO2半自動(dòng)焊+碎絲填充埋弧自動(dòng)平焊工藝。由于埋弧自動(dòng)焊的熱輸入高，穿透力強(qiáng)，所以自動(dòng)焊接之前，必須進(jìn)行封底焊接。因?yàn)镃O2半自動(dòng)焊在焊接過(guò)程中速度恒定，熱輸入均勻，焊接變形均勻，而且焊接效率高。一般單臺(tái)10×104m3油罐底板只需5～6臺(tái)半自動(dòng)焊機(jī)就能滿足施工進(jìn)度的要求，克服了大批焊工同時(shí)焊接的弊病。CO2半自動(dòng)焊打底結(jié)束后，然后采取碎絲填充埋弧自動(dòng)平焊的工藝進(jìn)行填充和蓋面焊接，由于埋弧自動(dòng)焊焊接熱輸入高，為了提高焊接熔敷速度，需在打底焊接結(jié)束的坡口內(nèi)放置一定厚度的碎焊焊絲（一般與坡口齊平為宜），以提高焊接熔敷速度。

⑷ 焊接材料及工藝參數(shù)的選擇

焊接材料及工藝參數(shù)的選擇見(jiàn)表1。

表1 焊接材料及工藝參數(shù)

⑸ 焊接順序的確定

罐底總的焊接順序?yàn)椋哼吘壈逋?00mm焊接(在第一圈壁板安裝之前焊完)→罐底中幅板焊接→邊緣板剩余焊縫焊接（待大角縫焊接完）→龜甲縫（指罐底邊緣板與中幅板之間焊縫）焊接。

邊緣板焊接：采用焊條電弧焊（LB-62）施焊。先焊外邊緣300mm部位的焊縫，采用隔縫對(duì)稱施焊法，焊工對(duì)稱均布。

中幅板焊接：CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行打底焊接時(shí)，焊工應(yīng)分區(qū)均勻布置，因?yàn)橹蟹彘L(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了減少變形，一般采用分段跳焊并以先中間后邊緣、先短縫后長(zhǎng)縫的順序進(jìn)行。

⑹ 變形控制措施

邊緣板外300mm焊接，一般要采用反變形措施。具體做法：采用剛性固定法，在距離焊縫150mm 位置采用12mm 工字鋼或槽鋼作為背杠，并用斜鐵和龍門卡緊壓住焊縫，等到焊縫冷卻后，應(yīng)力擴(kuò)散均勻后松開(kāi)背杠。

⑺ 焊縫檢查與檢測(cè)

CO2半自動(dòng)氣體保護(hù)焊打底焊接結(jié)束后，必須沿焊縫認(rèn)真檢查，主要檢查部位及方法見(jiàn)表2。

表2 罐底檢測(cè)部位及方法

2.2 罐壁板

⑴ 壁板規(guī)格的選擇

為了減少焊接變形、提高焊接生產(chǎn)效率，節(jié)約焊材，在考慮運(yùn)輸和吊裝方便的情況下，盡量選擇大規(guī)格的板材做罐板。

⑵ 壁板坡口和組對(duì)

根據(jù)壁板厚度不同，壁板坡口可采用不同的坡口形式：?jiǎn)蚊鎂型坡口和雙面X型坡口。

⑶ 焊接方法的選擇

大型儲(chǔ)罐壁板立縫焊接均采用氣電立焊，氣電立焊是由普通熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法，焊縫一次成形，是一種高效焊接技術(shù)。而環(huán)縫采用高效率的埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)，它由焊接電源、自動(dòng)送絲機(jī)、焊接機(jī)頭、焊接行走機(jī)架及控制箱、焊劑循環(huán)系統(tǒng)和軌道等部分組成。

⑷ 焊接環(huán)境的保證

由于氣電立焊屬于氣體保護(hù)焊接，所以在焊接過(guò)程中對(duì)風(fēng)特別敏感，必須做好現(xiàn)場(chǎng)防風(fēng)措施。高強(qiáng)度鋼板的環(huán)縫焊接時(shí)必須要按立縫高強(qiáng)度鋼板焊接的要求進(jìn)行預(yù)熱。

⑸ 焊接預(yù)熱

高強(qiáng)度鋼板是具有較強(qiáng)裂紋傾向的低合金鋼，容易產(chǎn)生淬硬組織，在現(xiàn)場(chǎng)焊接中必須采取預(yù)熱措施。預(yù)熱的范圍，不得小于焊縫中心線兩側(cè)各三倍板厚，且不小于100mm。鋼板預(yù)熱溫度，見(jiàn)表3。

表3 鋼板預(yù)熱溫度

⑹ 焊接線能量的控制

氣電立焊是一種線能量高和焊接效率高的焊接方法。焊接過(guò)程中，必須把焊接線能量限制在100KJ/cm之內(nèi)。

（7）焊接順序的確定

焊機(jī)應(yīng)沿罐圓周對(duì)稱均布，同一方向施焊。

（8）焊接材料及工藝參數(shù)的選擇

焊接材料及工藝參數(shù)見(jiàn)表4和表5（以第一節(jié)壁板立焊為例）。

表4 立焊焊接材料及工藝參數(shù)

表5 橫焊焊接材料及工藝參數(shù)

⑼ 焊縫檢查與檢測(cè)

對(duì)于壁厚δ≥25mm縱縫單側(cè)焊完后，在進(jìn)行另一側(cè)焊接前，必須對(duì)背面焊縫進(jìn)行清根處理，一般采用碳弧氣刨+砂輪打磨的方式進(jìn)行。外觀檢查合格后，焊接完成后其無(wú)損檢測(cè)和部位見(jiàn)表6和表7。

表6 罐壁立縫檢測(cè)部位及方法

表7 罐壁橫縫檢測(cè)部位及方法

2.3 大角焊縫(罐壁與罐底連接處)

⑴ 組裝

大角焊縫是底圈壁板與罐底邊緣板組裝成的“T”型角縫，第一圈壁板組對(duì)時(shí),垂直度及上口水平度尤為重要，垂直度一般要求≤3mm，上口水平偏差≤6mm。

⑵ 焊接方法的選擇

大型儲(chǔ)罐大角焊縫的焊接一般均采用手工焊封底+埋弧自動(dòng)焊。

⑶ 焊接環(huán)境的保證

在正式焊接實(shí)施前，必須把內(nèi)外角縫表面銹蝕、油污、氧化皮、水分等清除干凈，以防止焊縫產(chǎn)生氣孔；同時(shí)必須要按高強(qiáng)度鋼板焊接的要求進(jìn)行預(yù)熱。

⑷ 焊接順序

大角焊縫的焊接應(yīng)在罐壁第二道環(huán)縫焊接完畢后即可組對(duì)施焊，內(nèi)壁角縫及外角縫的第一道焊縫使用手工焊焊接，其余部分使用埋弧自動(dòng)焊機(jī)焊接。手工焊時(shí)應(yīng)由多名焊工沿圓周均勻分布并沿同一方向分段施焊，焊接時(shí)采用分段退焊法，每段焊縫長(zhǎng)度為2～3米，在焊接前還應(yīng)在罐內(nèi)焊上斜支撐，以防止變形，斜支撐間距為1.5～2m。

⑸ 焊接材料及工藝參數(shù)的選擇

焊接材料及工藝參數(shù)見(jiàn)表8。

表8 焊接材料及工藝參數(shù)

⑹ 焊縫無(wú)損檢測(cè)與外觀尺寸檢查

無(wú)損檢測(cè)和部位見(jiàn)表9。

表9 無(wú)損檢測(cè)和部位

3、焊后控制

焊后控制見(jiàn)表10。

表10 焊后控制

4、小結(jié)

目前我國(guó)儲(chǔ)罐的發(fā)展方向是大容積和國(guó)產(chǎn)化方向發(fā)展，而焊接預(yù)控、焊接過(guò)程控制和焊后控制是提高大型儲(chǔ)罐建造質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，大型儲(chǔ)罐的施工必須要選擇合適的板材規(guī)格、合理地進(jìn)行板材組對(duì)、選擇合理的焊接方法、焊接材料及工藝參數(shù)、確定合理的焊接順序、保證良好的焊接環(huán)境、進(jìn)行適當(dāng)?shù)睾盖邦A(yù)熱及焊接線能量的控制、選取合理的板材焊接變形措施和依據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊縫檢查與檢測(cè)。

[1]壽比南等．承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005. [2]張家暉等.立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范[M]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.2006.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.15.070