自动焊技术在万立油罐施工中的综合应用

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1、自动焊技术在iox io4m储油罐施工中应用摘要随着社会科学技术的进步， 市场机制的形成完善， 设备制造必然要求 制造工期短， 焊缝成形美观， 焊接生产成本低的方向发展。 焊接自动化率 的提高标志着产品制造技术的不断提高 , 降低生产成本，提高产品内在和 外观质量，提高企业形象， 参与市场竞争 , 奠定企业长足发展的基础 . 本文 以国家石油储备库曹妃甸原油罐区工程中四台 iox io4m储罐工程为例， 全面介绍低合金高强钢（12MnNiVR在不同焊接部位的自动焊焊接技术综 合应用.关键词 10x 104m储罐高强钢自动焊应用1 前言随着石化行业的不断发展以及国家原油战略储备库项目的实施， 油

2、罐的大型化趋 势已成为必然。采用大容量油罐具有节省钢材，减少占地面积、方便操作管理、节省 投资等优点。伴随社会科学技术的进步 , 市场机制的形成完善，压力容器制造必然要 求制造工期短，焊缝成形美观，焊接生产成本低的方向发展。建设大型储罐的趋势化致使提高焊接技术水平成为了当务之急， 大型储罐的安装 质量好坏主要取决于焊接质量 , 大型储罐焊接合格率一直是困扰各个施工单位的一个 难题。一方面高强度低合金钢焊接大多采用焊条电弧焊方法，力图以较小的焊接热输 入，避免焊接接头韧性过分下降。而效率较低的传统焊条电弧焊方法施焊，焊材消费 高，生产效率低，外观成形差，质量难以保证，受环境及个人因素影响也比较大

3、 , ； 因此，针对不同部位采用不同的的焊接方法成为储罐安装建设单位的主要研究方向。 近年来随着自动焊工艺、设备、焊材的不断发展及完善，焊条电弧焊有被效率更高的 自动或半自动气体保护焊所取代的趋势。2007年5月，我公司承揽了国家石油储备库曹妃甸原油罐区 4具10X 104m浮顶 油罐施工。油罐内径X罐壁高度 D80000X 21800mm罐壁共九圈，第一至第六圈及罐 底边缘板采用武钢生产的（12MnNiVR高强度调质钢板，第七圈至九圈为16MnR和Q235 B。ioxio4m浮顶油罐建设工程中，焊接量大，主要集中在壁板立缝和环缝、底板等 部位。为此,我们改善焊接设备、工装，以及通过大量的焊接

4、试验，在现场成功应用了 多项的自动焊焊接技术，如：气电立焊、CO气体保护焊、埋弧自动横焊、埋弧自动角 焊以及高效的碎丝埋弧平焊等，施工质量得到了提高，并取得了较好的经济效益。2 罐底自动焊焊接技术2.1罐底边缘板的焊接2。1.1 焊接工艺罐底边缘板材质为12MnNiVR板厚20mm由于边缘板焊缝长度短，焊接工作量小， 且该部位受力复杂，是储罐受力的关键部位，要求焊缝具有较好的力学性能，为保证 及控制焊接质量，得到较小的焊接热输入及减小焊接变形，采用焊条电弧焊的方法焊 接，焊接材料选用J607CG。2.1.2焊接缺陷的防止措施边缘板焊接常见的问题是根部未熔，为了防止出现边缘板未熔合的现象（见图2

5、.2），在罐底板边缘部位增加引弧板，由于焊后必须去除引弧板，且不能损坏垫板，因此我们采用在垫板上堆焊出一层与根焊同厚度的焊缝，以此为引弧板。等填充盖面之后,使用氧乙炔焰切除，将垫板表面打磨平整即可。引弧板. 易出现未熔合处u k坡口图2。2易出现缺陷部位的示意图2.1.3 焊接要点1、由于边缘板采用单面V形坡口，产生的变形主要是焊接角变形，从边缘板外端底 部垫起3540mm进行反变形处理,组对时外部间隙小一些，一般 67mm内侧间隙 稍大，89mm为宜.2、焊接过程中注意坡口及层间的清理，以防止层间清理不干净引起的焊接缺陷。2。2罐底中幅板的焊接2。2。1罐底焊接存在的问题2。2.1。1罐底中

6、幅板的焊接存在最大的问题是焊接变形。表现在：焊缝角变形、罐 底的局部焊缝翘曲，底板局部凹凸度超标、严重时，罐底会产生较大的波浪变形，致使罐底板几何尺寸超标。2.2。1。2 产生变形的原因：1、坡口预制质量不高。这样容易造成坡口组对间隙不均匀 , 局部可能会出现间隙 小于6mm甚至可能达到15mn左右，并且在一条焊缝上不同的位置间隙也不均匀， 这 样造成现场焊接，在不同间隙的部位焊接热量分布不均匀而造成变形量大；2、钢板预制时，钢板没有经过平板处理，以至于钢板在轧制过程中存在的内应 力不能释放，另外由于运输过程中也会造成钢板表面不平整，局部出现波浪变形；在 铺板时出现如图情况 , 以至于在组对过

7、程中产生较大的组装应力；3、焊接方法影响 : 传统的焊条电弧焊打底加埋弧焊填充盖面的方法焊接热输入主 要被母材吸收，致使母材吸收热量多，导致焊接焊接应力增加，从而导致焊接变形增 大。4、焊接顺序不合理。2.2.1 。3 防止变形产生的措施：1、提高装配质量，避免强力组装 , 最大限度地采取释放焊接应力的措施，及在区 域焊接完成后，一定要将其周围的拘束应力释放掉，然后再重新组对焊接 ;2、选择正确的焊接顺序。（1） 先焊接中幅板的短缝，后点焊焊接中幅板长缝 , 点焊时必须由中间向两端 一次点焊完毕。（ 2） 焊接时按照焊接程序分区域进行对称焊接，长缝采用分段退步焊。在采 用分段退步焊时，同时考虑

8、到自动焊的焊接工效，分段的长度为8001000伽.3、焊接方法的改进 :底层焊道采用熔化极气体保护焊方法 , 此方法的优点是焊接 变形小、抗锈能力强，焊接热输入小 ; 填充盖面采用焊接一次成形的碎丝埋弧焊方法 , 该方法虽然焊接电流大，但由于碎焊丝的加入，电弧的很大一部分热量被碎焊丝吸收 了，母材吸收的热量相对便小，焊接热量的减小导致焊接应力变小，从而焊接变形减 小。2.2 。2 焊接工艺中幅板材质为Q235-B,壁厚为11mm焊接采用CO气体保护自动焊打底焊,提高 了焊接效率，减少焊工的劳动强度，焊材选用H08 Mn 2S i填充盖面采用碎丝埋弧自动焊，焊丝H08A+卒丝，焊剂为 HJ431

9、。3 壁板纵缝气电立焊技术3。1 工作原理 气电立焊是九十年代发展起来的一种新型焊接工艺。它采用专用药芯焊丝、CO2气体保护 ; 采用循环冷却水强制成形技术，焊缝正面用水冷滑块，焊缝背面用水冷铜 挡排或陶瓷衬垫 ; 焊接小车携带焊枪和滑块沿刚性轨道运行，随焊缝熔池的上升而同 步上升，焊缝水冷强制一次成形，可获得美观的焊缝成形和优质的焊接质量。该工艺的特点是：主要焊接垂直和接近于垂直位置的立向焊接接头。焊接线能量大、中厚板 可一次成形、施工效率高。与厚板焊接中的多层多道焊工艺相比，由于节约了多层多 道焊工艺中每道焊接后的处理工序，使施工速度得到大大提高，在所有电弧焊方法中 其焊接生产率为最高，生

10、产效率提高十几倍甚至几十倍，它的焊接效率是手弧焊的30 多倍，焊接板厚20mm、长2400mm!勺立缝，气电立焊仅用20分钟，而手弧焊要用10 多个小时能使储罐施工周期大大缩短，目前在大型油气罐等的建造中得到迅速推广 应用。3.2 焊接方法、焊材和设备的选择10X 104m浮顶油罐壁板材质,厚度从32mn到12mm四台罐立缝总长度为1768.2m, 焊接工作量较大，由于施工区域距海较近，空气湿度大，因此高强钢焊接前对坡口施 焊端进行100 C预热处理。现场采用两台气电立焊机对称完成纵缝焊接，焊接小车为YS-EGV气电立焊机（见 图3.2 ）,焊接电源为美国林肯公司生产的 DC 600电源，高强

11、钢焊接选用大西洋生产 的DWS-60药芯焊丝，低碳钢和低合金钢选用 DWS-43GI丝，保护气体为CQ3.3 坡口型式及尺寸气电立焊适用的坡口形式为采用 V型和X型,根据板厚度及焊接线能量的要求采 用不同的坡口形式，厚度小于等于25mm的采用V型，厚度大于25mm的采用X型,为减小焊接角变形,X型坡口内外坡口加工尺寸采用不对称型式（见图 3.2 ）。坡口尺寸基本上不变，但在实际施工中，可适当改变坡口宽度，其改变范围为土 2mm, 以20mn为基准，板厚大于20mn的钢板，其坡口宽度尺寸可为 17 19mm而小于20mm 的钢板，可为15 17mm25mm图3.2气电立焊坡口形式及尺寸3.4 焊

12、接技术要求3。4.1引弧及熄弧在焊接前，在底部塞入碎焊丝，以方便焊接起弧，保证起弧段铁水不外淌；焊缝两 侧在焊缝上部设灭弧板。3.4。2人员配置每台焊机配两名焊工，一名主焊人员负责引弧及焊接过程中对熔池的监控，另一 名在壁板的另一侧，负责设置铜垫板 .3。4.3 焊接规范气电立焊焊接工艺规范主要包括焊接电流 I、电弧电压U焊丝杆伸长L,保护气 流量Q等。焊接规范参数范围为 :I=350-420A ； U=35-42V ；V=35-40cm/min； Q=25-30L/min3.4.3 焊接技术要点3。4。 3。 1 保证焊接接头装配质量1、坡口加工保证平整规则。 坡口加工不规则，造成坡口组对时

13、不能达到气电立焊焊接坡口要求，不规则的焊缝这样造成档块未在焊缝中心 , 造成外侧焊缝单边咬边，内侧焊缝在打磨之后形成内 深外窄的焊缝， 当焊接内侧焊缝时， 当焊丝伸到焊缝根部时， 当熔敷金属还未填满时 , 但熔孔已经形成，滑块自动上移，造成内侧焊缝双侧未熔合，夹渣。2、组对间隙均匀。坡口组对时应适当留出焊缝受热收缩的量，组对时纵缝下部间隙稍小为45mm上部间隙适当增加到57mm以防止底部焊接收缩，上方间隙变小。3。4。 3。 3 提高背面清根磨质量。第一、二圈壁板采用的X型坡口 ,焊接过程，先焊接壁板大坡口面，焊接之后背面 采用角向磨光机清根。清根时，保证坡口面宽度为1517mn左右,深度不能

14、超过17mm 尽量避免形成窄而深的焊缝，否则必会产生根部未焊透、夹渣等缺陷。4 环缝的自动焊焊接技术10X10”浮顶油罐每条环缝由22张弧形壁板组成，长度总为 251m,焊接工作量 较大，采用自动焊将会显示极大地优越性。但由于全焊缝的每块壁板的尺寸、弧度、 坡口角度以及组对过程中的状况不可能完全一样，因而在自动焊接时难度较大，对壁 板的下料精度、组对的间隙、加固措施等均提出更高的要求。4。1 焊接工艺为了实现在10X104m油罐环缝焊接的自动化，采用埋弧自动横焊新技术，该技 术是利用焊接小车沿罐壁行走，焊剂由拖带承托且自动回收 , 焊丝自动送进原理而实 现, 焊接效率大大提高，焊接每圈环缝均布

15、了 8 台专用自动焊横焊机，焊接电源为美 国林肯公司生产的DC-600电源。高强钢焊材选用US-49焊丝和焊剂M33耳低碳钢 和低合金钢采用CH S1焊丝和CH 71H焊剂。4.2 焊接技术要点4。2.1 坡口尺寸参数坡口形式为“ K”型坡口，坡口角度为45o,钝边为01mm采用不对称形式，具 体坡口参数见图4.2。1。4。2.2 预热焊接过程中，尤其是第一道环缝根据焊接工艺要求需进行预热，预热方法采用火焰预热，将预热用的火焰喷灯固定在离焊枪 250mm勺前方，先空车行走，预热两遍， 焊接时再同步加热，这样才能保证预热温度。4。2.3 定位焊定位焊采用和正式焊接同样的焊接工艺，每段定位焊的长度，普通碳素钢不宜小 于50mm高强钢不宜小于100mm环缝的组对采用定位焊固定，定位焊焊缝长度及间 距应均匀一致，并必须保证焊接质量，焊接前，应将每段定位焊的端头打磨成斜坡形 式，以方便在焊接过程中，焊接接头圆滑过渡。4.2。4焊缝根部的处理埋弧横焊主要缺点是易产生夹渣和气孔，尤其易出现在焊缝根部，为保证焊接质 量，根部焊道必须1清除，采用砂轮打磨的方法，打磨时应避免根部出现择而深的形 状，坡口宽度应均匀一致。4.3 焊接规范严格按照焊接工艺指导书进行施焊，焊接电流380420A，电弧电压2530V,焊接