大型立式水泥儲罐焊接質量管理與控制

黃鹿

1 引言

近幾年我國鋼產量年均超億噸，鋼制容器儲罐與鋼結構建設的發展達到了一個較好的發展時期。焊接作為連接鋼材的主要方法，在鋼結構及鋼制容器中發揮了重要作用。據統計，約50%以上的鋼材在投入使用前需要經過焊接加工處理。因此，提高焊接質量與水平是實現鋼結構技術發展的關鍵。水泥儲罐的建造則是鋼結構建筑與鋼制壓力容器儲罐的有機結合體。由于水泥儲罐存放介質的特殊性，水泥罐雖不等同于傳統意義上的壓力容器或儲罐，但承建水泥儲罐筒體下端及錐體受到很大的壓強，所以整個生產過程節點中的焊接質量控制尤為重要。本文以兩臺?11000mm×32000mm大型立式水泥儲罐為例，具體介紹焊接質量的控制與管理。

2 焊前準備各節點的控制與管理

2.1 母材的檢驗

工程中所用材料的質量是決定工程質量的關鍵，其中包括對儲罐所用的鋼板、鋼管以及其他型鋼、附件、設備等供應廠商的資質審核。材料必須具有相應的合格證明書，當無質量證明書或對質量證明書有疑問時，應進行復驗，檢查所用母材是否進行過外觀處理，其表面質量、表面銹蝕減薄量、劃痕深度是否符合GBJ128-90的有關規定。

2.2 焊材的驗收

焊接材料應具有質量合格證明書，根據焊接工藝選用正確的焊條、焊絲和氣體，其中焊條與焊絲合格證明書內容應包括熔覆金屬的化學成分和機械性能。

2.3 設備的管理

現場設備主要包括焊機（接線、焊鉗及焊槍）、碳弧氣刨機、磨光機、焊條烘箱及保溫筒等。應確保財產安全，合理擺放與保養焊機，正確使用焊接設備，定期進行除塵與點檢。

2.4 焊工培訓與管理

參加本項目施焊的電焊工需要通過水泥儲罐的焊接工藝、施焊安全培訓與焊接操作考試，取得相應的項目合格證書，才能上崗進行焊接操作。對所在的施焊班組進行焊接技術交底，對現場焊接施工實行工序報檢制，加強質量巡檢力度，確保焊接施工一次成功。

只有對“人、機、料、法、環”做出以上保障，焊接質量的控制才有據可施。

3 施焊過程各節點的控制與管理

節點控制是指在建設工程與制造過程中，對各項工序的交接點、時間控制點，用一定有效的方式，對照原制定的進度計劃與質量目標，對進度與質量進行控制與檢測。該項目所設計的鋼結構立柱高近13m，罐身高約18m，整體的結構跨度大，所以抗震性能設計對主要鋼結構焊接質量要求很高。項目主要制作節點包括罐頂、罐身、裙座、錐體、鋼結構支撐的制作以及梯子平臺與接管設備的安裝，水泥儲罐簡圖及各節點標識如圖1。

3.1 板材的控制選擇

考慮到水泥儲罐的用途與性能，故而采用焊接性較好的Q235B低碳鋼板材。從車間內的卷板完成到施工現場的裝卸運輸，應盡量避免加工好的板材變形與磨損，保證板材精度良好。罐身的圍板厚度為10mm與12mm，裙座的上下平臺厚度為32mm，中間的筋板厚度為12mm，錐體的圍板厚度為16mm。

3.2 坡口和組對選擇

根據鋼板厚度不同，鋼板坡口可采用不同的坡口形式：V型坡口。去除坡口內部及兩側20mm內的油、水、銹及污物，需要進行無損探傷的焊縫應采用磨光機將坡口及兩側打磨出金屬光澤。

3.3 焊接方法的選擇

此水泥儲罐項目采用的焊接方法為CO2焊與焊條電弧焊。CO2焊焊接效率高、成型好，裙座的厚板焊接選用該方法；罐身的環縱焊縫焊接則采用焊條電弧焊。

3.4 保證焊接環境

CO2焊接屬于熔化極氣體保護焊接，對風力特別敏感，因此要做好防風措施。當CO2焊遇到施焊周圍風速＞2m/s、焊條電弧焊遇到施焊周圍風速＞10m/s時，在無防風措施環境下禁止施焊；另外，遇到雨雪天氣、焊件溫度＜-20℃時，禁止施焊。每個焊工都必須遵循“明火十不燒”的要求。

3.5 焊前預熱與烘干保溫

考慮到室外作業氣溫低下，厚板在焊接過程中容易產生淬硬組織或氣孔裂紋等缺陷，所以在焊前必須采取預熱措施。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1。

將J422焊條放進烘箱進行150～200℃的烘焙，保溫0.5～1h后置于保溫筒內，隨用隨取，焊條重復烘干不超過三次。

3.6 控制焊接線能量

焊接過程中，必須把兩種焊接方法的線能量平均限制在40kJ/cm以內，包括焊接操作過程中電弧的擺幅、焊接的層間溫度控制、電流電壓的調節以及速度的控制等。

3.7 確定焊接步驟

正確確定焊接步驟，可有效縮短施工周期、控制焊接變形，幾大焊接節點的焊接步驟確定如下：

（1）罐身的焊接

將圍板裝配固定好，先進行縱縫的立焊，再進行環縫的橫焊，最后進行罐身周圍加強圈的間斷焊（間距為150mm、焊縫長度為200mm的平角焊與仰角焊）。

（2）裙座的焊接

考慮到整體翻轉錐體與裙座的可能性較小，對于裙座上下平臺中壁厚δ＝32mm的對接焊縫，采用背面帶襯墊的單面焊雙面成型方式，坡口角度為45°±5°的V型坡口，裝配間隙為7±1mm進行施焊。

（3）錐體的焊接

將加工好的錐體裝配固定好，先進行外部縱縫的立焊，再進行外部環縫的橫焊，翻轉吊裝后，用碳弧氣刨進行背面清根磨光，再進行內部的立橫焊接。

3.8 焊接材料及工藝參數的選擇

焊接工藝調節要根據實際生產情況而定，根據不同的焊接位置、焊接條件選擇符合產品質量的工藝參數與焊接操作方法（如焊槍/焊條行進角度、焊絲干伸長、擺弧方式等），焊接工藝參數見表2，裙座的上下平臺對接焊接工藝參數見表3，錐體的焊接工藝參數見表4。

3.9 對質量管理人員的要求

圖1 水泥儲罐簡圖及各節點標識

表1 鋼板預熱溫度表

表2 罐身的焊接工藝

表3 裙座的上下平臺焊接工藝

在QC工作過程中焊接檢驗員應嚴格遵守職業道德規范，監督檢驗每一道焊縫；學會配以焊角尺、卷尺以及防爆強光手電等檢測工具；把關每一道焊縫的目測質量的同時，將每一道重要焊縫編號記入檢驗記錄；加強對現場質量的巡檢力度，及時接受現場管理人員的節點報檢驗收；遇到對質量不負責、野蠻施工的現象應及時制止并責令整改，情節嚴重者將采取罰款措施進行有效管理。

4 焊縫檢查與檢測

4.1 外觀檢查要求

根據水泥儲罐施工要求及工藝規范，焊縫的外觀檢查主要包括以下幾個方面：

（1）焊縫周圍熔渣、飛濺需清理干凈，焊縫表面不得有裂紋、氣孔、夾渣和弧坑等缺陷。

（2）焊縫的咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊的連續長度不得大于100mm。

（3）焊縫兩側咬邊的總長度不得超過該焊縫的10%。

表4 錐體的焊接工藝

表5 焊縫的余高要求

圖2 罐體制作

圖3 裙座制作

圖4 錐體制作

圖5 總體預制完成

（4）罐壁縱向對接焊縫不得有低于母材表面的凹陷。

（5）水泥儲罐在進料過程中對內壁焊縫的摩擦阻力較大，焊縫余高要求見表5。

4.2 無損檢測要求

外觀檢查合格后，根據JB/T4730-2008Ⅱ級標準檢測立縫及橫縫第9～12圈壁板的焊縫，對1～12圈環縫及12圈縱縫進行40%煤油滲透檢測，T字縫要求100%的UT-Ⅱ合格，并進行10%的RT抽檢；裙座上下平臺32mm板材對接焊縫根據標準60%RT-Ⅱ合格的檢測要求，最后出具相關檢測報告，完善后一并列入最終的竣工資料。

4.3 檢驗結果

通過對每道焊縫的檢查與驗收，外部檢測與內部探傷均應符合要求，焊縫總體質量良好。對不合格的焊縫根據PDCA—戴明法則的工作要點，依據標準與規范制定出檢驗計劃，檢驗每個項目，得出檢驗結果并作出整改，整改記錄記入工作檔案。

預制完成后等待翻身吊裝，罐體制作節點見圖2，裙座制作見圖3，錐體制作見圖4，總體預制完成見圖5。

5 結語

目前我國大型立式水泥儲罐正在向大容積和相關產業化方向發展，因此確保大型儲罐的質量尤為重要。從大型儲罐的選材組裝到焊接的每個環節都必須嚴格控制。在焊接質量控制中，焊前準備、焊接過程及焊后的控制是提高大型儲罐建造質量的關鍵。因此，大型儲罐的施工必須做好重大節點的控制，從質量控制的重點出發，做到輕重并舉、因材施檢、因材施控。

[1]張善誨.質量管理方法及應用[M].北京：中國計量出版社,2007,1:1-3.

[2]李亞江.焊接質量控制與檢驗（第二版）[M].北京：化學工業出版社,2008,4:1-2.

[3]承壓設備無損檢測JB4730-2005[S].