大型儲罐的焊接質量控制

尹亮安陽傅偉慶趙樹炳

1.舟山國家石油儲備基地有限責任公司 316000; 2.中國石油天然氣管道工程有限公司 065000

大型儲罐的焊接質量控制

尹亮1安陽2傅偉慶2趙樹炳2

1.舟山國家石油儲備基地有限責任公司 316000; 2.中國石油天然氣管道工程有限公司 065000

介紹了大型儲罐的焊接質量預控、焊接過程控制和焊后控制的一般方法，總結出了大型儲罐焊接必須掌握的一些方法和步驟。

焊接質量預控；焊接過程控制；焊后控制

目前國內大型儲罐的焊接方法已比較成熟，基本上形成了與設計系列配套的焊接方法。然而各個施工單位的焊接方法有相同點，也有不同點。為了更好地延長大型儲罐的使用壽命，保證焊接質量是非常重要的，為此簡要介紹一下焊接質量的控制。

1 焊接質量預控

焊接質量預控體現(xiàn)的是一種主動焊接質量控制的思想，是在正式焊接工作實施前的一種技術準備過程，主要包括如下工序。

1.1 焊接工藝評定的審查

施工單位需根據設計文件的要求，提供覆蓋本項目的所有焊接工藝要求的焊接工藝評定，包括焊接方法、材料（母材、焊接材料）和焊接位置。合格后，要求施工單位根據焊接工藝評定和現(xiàn)場焊接作業(yè)環(huán)境編制切實可行的焊接工藝規(guī)程和焊接工藝卡。

1.2 焊工資質的審查

審查要點包括焊接方法、焊接位置和有效期。

1.3 焊接方案的審查

審查要點包括焊接順序、變形控制措施、焊接檢驗手段和檢驗器材的配備。

1.4 焊工現(xiàn)場考試

根據本項目焊接工藝的要求，由監(jiān)理公司組織有焊接資質的焊工，根據其資質允許的焊接范圍進行現(xiàn)場相對應項目的考試，考試合格者方可上崗作業(yè)。

1.5 監(jiān)理實施細則審查

監(jiān)理公司要根據工程實際編制切實可行的監(jiān)理實施細則，制定焊接過程中的停檢點和報驗程序。

1.6 無損檢測方案的審查

無損檢測單位要根據設計文件及規(guī)范要求編制無損檢測專項方案，重點審查無損檢測方法與對應部位的符合性。

2 焊接過程控制

焊接就是通過加熱或加壓，或兩者并用，使工件達到永久性原子間結合的一種工藝方法。焊接質量控制主要包括兩方面的內容：一是焊接本身質量的控制，二是焊接變形的控制。焊接本身質量問題是由焊接缺陷造成的，焊接缺陷可分為外部缺陷和內部缺陷。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。焊接缺陷的檢驗方法包括滲透PT檢測、R射線檢測、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度的保證更難以實施。因此，焊接過程控制必須從焊接方法的選擇、焊接工藝參數的確定、板材規(guī)格的選擇以及組對等多角度考慮。下面以罐底板和罐壁板進行簡要介紹。

2.1 罐底板

⑴ 中幅板規(guī)格

大型儲罐罐底板采用的規(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

儲罐底板采用帶墊板的對接焊縫（包括中幅板及邊緣板）。在組對吊裝過程中，為了防止板材變形選用長度為6米的平衡杠進行垂直吊裝；為了防止在打底焊接時鐵水沿底板與墊板之間外流，在組對時嚴格控制底板與墊板間隙，間隙≤1mm。

⑶ 焊接方法的選擇

采用CO2半自動焊+碎絲填充埋弧自動平焊工藝。由于埋弧自動焊的熱輸入高，穿透力強，所以自動焊接之前，必須進行封底焊接。因為CO2半自動焊在焊接過程中速度恒定，熱輸入均勻，焊接變形均勻，而且焊接效率高。一般單臺10×104m3油罐底板只需5～6臺半自動焊機就能滿足施工進度的要求，克服了大批焊工同時焊接的弊病。CO2半自動焊打底結束后，然后采取碎絲填充埋弧自動平焊的工藝進行填充和蓋面焊接，由于埋弧自動焊焊接熱輸入高，為了提高焊接熔敷速度，需在打底焊接結束的坡口內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的選擇

焊接材料及工藝參數的選擇見表1。

表1 焊接材料及工藝參數

⑸ 焊接順序的確定

罐底總的焊接順序為：邊緣板外300mm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，采用隔縫對稱施焊法，焊工對稱均布。

中幅板焊接：CO2氣體保護焊進行打底焊接時，焊工應分區(qū)均勻布置，因為中幅板長度較長，為了減少變形，一般采用分段跳焊并以先中間后邊緣、先短縫后長縫的順序進行。

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，應力擴散均勻后松開背杠。

⑺ 焊縫檢查與檢測

CO2半自動氣體保護焊打底焊接結束后，必須沿焊縫認真檢查，主要檢查部位及方法見表2。

表2 罐底檢測部位及方法

2.2 罐壁板

⑴ 壁板規(guī)格的選擇

為了減少焊接變形、提高焊接生產效率，節(jié)約焊材，在考慮運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

根據壁板厚度不同，壁板坡口可采用不同的坡口形式：單面V型坡口和雙面X型坡口。

⑶ 焊接方法的選擇

大型儲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焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護電弧焊方法，焊縫一次成形，是一種高效焊接技術。而環(huán)縫采用高效率的埋弧自動橫焊技術，它由焊接電源、自動送絲機、焊接機頭、焊接行走機架及控制箱、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焊接，所以在焊接過程中對風特別敏感，必須做好現(xiàn)場防風措施。高強度鋼板的環(huán)縫焊接時必須要按立縫高強度鋼板焊接的要求進行預熱。

⑸ 焊接預熱

高強度鋼板是具有較強裂紋傾向的低合金鋼，容易產生淬硬組織，在現(xiàn)場焊接中必須采取預熱措施。預熱的范圍，不得小于焊縫中心線兩側各三倍板厚，且不小于100mm。鋼板預熱溫度，見表3。

表3 鋼板預熱溫度

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。焊接過程中，必須把焊接線能量限制在100KJ/cm之內。

（7）焊接順序的確定

焊機應沿罐圓周對稱均布，同一方向施焊。

（8）焊接材料及工藝參數的選擇

焊接材料及工藝參數見表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

表5 橫焊焊接材料及工藝參數

⑼ 焊縫檢查與檢測

對于壁厚δ≥25mm縱縫單側焊完后，在進行另一側焊接前，必須對背面焊縫進行清根處理，一般采用碳弧氣刨+砂輪打磨的方式進行。外觀檢查合格后，焊接完成后其無損檢測和部位見表6和表7。

表6 罐壁立縫檢測部位及方法

表7 罐壁橫縫檢測部位及方法

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，第一圈壁板組對時,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

大型儲罐大角焊縫的焊接一般均采用手工焊封底+埋弧自動焊。

⑶ 焊接環(huán)境的保證

在正式焊接實施前，必須把內外角縫表面銹蝕、油污、氧化皮、水分等清除干凈，以防止焊縫產生氣孔；同時必須要按高強度鋼板焊接的要求進行預熱。

⑷ 焊接順序

大角焊縫的焊接應在罐壁第二道環(huán)縫焊接完畢后即可組對施焊，內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焊機焊接。手工焊時應由多名焊工沿圓周均勻分布并沿同一方向分段施焊，焊接時采用分段退焊法，每段焊縫長度為2～3米，在焊接前還應在罐內焊上斜支撐，以防止變形，斜支撐間距為1.5～2m。

⑸ 焊接材料及工藝參數的選擇

焊接材料及工藝參數見表8。

表8 焊接材料及工藝參數

⑹ 焊縫無損檢測與外觀尺寸檢查

無損檢測和部位見表9。

表9 無損檢測和部位

3、焊后控制

焊后控制見表10。

表10 焊后控制

4、小結

目前我國儲罐的發(fā)展方向是大容積和國產化方向發(fā)展，而焊接預控、焊接過程控制和焊后控制是提高大型儲罐建造質量的關鍵點。因此，大型儲罐的施工必須要選擇合適的板材規(guī)格、合理地進行板材組對、選擇合理的焊接方法、焊接材料及工藝參數、確定合理的焊接順序、保證良好的焊接環(huán)境、進行適當地焊前預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規(guī)范標準進行焊縫檢查與檢測。

[1]壽比南等．承壓設備無損檢測[M]．北京：機械工業(yè)出版社.2005. [2]張家暉等.立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范[M]．北京：中國計劃出版社.2006.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.15.070