大型灌體自動焊技術(shù)的應(yīng)用

張國銀

中國電建集團河北工程有限公司

1 前言

大型儲油罐工程是石油、化工、航空、電力、交通、冶金、國防等行業(yè)必不可少的、重要的基礎(chǔ)設(shè)施。它在國民經(jīng)濟發(fā)展中所起的重要作用是無可替代的，是承裝成品油或者原油的專用設(shè)備。我國的儲油設(shè)施多以地上儲罐為主，且以金屬焊接結(jié)構(gòu)居多。近年來隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，也帶來了一系列環(huán)境問題，這給燃機電廠帶來新的發(fā)展機遇，大型儲油罐的安裝焊接在燃機燃油電廠中起著決定性作用，是燃料供應(yīng)系統(tǒng)的起源，是必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。

2 油罐介紹

安哥拉SOYO 一期燃機項目共安裝4 臺同材質(zhì)同規(guī)格的10000m3輕柴油儲罐。每臺油罐總重為242530kg，其中罐壁重137649kg，罐頂重49651kg，底板重42101kg。油罐具體尺寸：油罐直徑27700mm（內(nèi)徑），罐壁高18446mm，罐頂高3026mm。每臺油罐壁板的材質(zhì)為SA-36，共9層，板幅2050mm，每層由10張板圍成，第1～2 層壁板厚度為δ=15mm、第3～4 層壁板厚度為δ=13mm、第5～6 層壁板厚度為 δ=10mm、第 7～9 層壁板厚度為δ=8mm，板與板的連接為對接形式，層與層的連接要保證內(nèi)徑齊平。油罐焊接執(zhí)行API 650-2013 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對罐壁焊接接頭的錯邊量要求很嚴：罐壁縱縫錯邊量不超過1.5mm；罐壁環(huán)縫任何一點處的上下錯邊量不大于3mm。

3 施工工藝流程

油罐基礎(chǔ)驗收→安裝測量、放線→油罐底板安裝→油罐底板焊接→油罐底板真空嚴密性試驗→壁板支墩安裝并放出罐壁內(nèi)直徑→提升裝置安裝焊接→自動焊機行走軌道安裝、焊接→V9 壁板安裝及包邊角鋼安裝、焊接→鋼脹圈安裝→V8 壁板安裝、焊接→罐頂板安裝→V7壁板安裝、焊接→V6壁板安裝、焊接→V5 壁板安裝、焊接→V4 壁板安裝、焊接→V3 壁板安裝、焊接→V2壁板安裝、焊接→V1壁板安裝、焊接→罐壁板與底板組對安裝、焊接→提升裝置拆除→油罐附件安裝→內(nèi)部清理→安裝符合性檢查→管頭封閉→油罐灌水試驗→灌水試驗合格后徹底放水、人孔打開→油罐罐體防腐涂層→竣工移交。

4 施工方案概述

大型油罐有正裝法和倒裝法，本油罐采用倒裝提升法施工。油罐底板采用手工電弧焊的工藝；油罐壁板縱縫采用氣電立焊的工藝，環(huán)縫（油罐外）采用埋弧自動橫焊的工藝，環(huán)縫（油罐內(nèi)）采用清根手工電弧焊的工藝；油罐頂板采用手工電弧焊的工藝；罐體附件及角焊縫采用手工電弧焊的工藝。

4.1 油罐底板安裝方案

首先根據(jù)油罐底板排版圖畫出焊縫示意圖；其次根據(jù)施工圖紙計算出底板的焊接工作量（底板共57條焊縫，焊縫總長度約為378m）；再次是根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況編制有針對性的焊接加固防變形方案；最后嚴格按照焊接施工技術(shù)措施和防變形方案組織人員進行底板焊接施工。

底板焊接施工的特點為焊接量大且對焊接質(zhì)量要求高，對焊接變形控制要求嚴。焊接時我們把底板劃分為中幅板、異形板、邊緣板、伸縮縫四部分。焊接順序為首先焊中幅板焊縫，期次焊異形板焊縫，再次焊邊緣板焊縫，最后焊伸縮縫。

底板焊接的主旨思路為：采用多名焊工對稱焊、分段退焊、隔縫跳焊；先焊短焊縫，后焊長焊縫；由內(nèi)向外焊，由中心向兩邊焊。為了防止焊接變形：在每條焊縫焊接時都要保證工件在垂直焊縫的方向（橫向）能夠自由收縮，以減少鋼板和焊縫中的內(nèi)應(yīng)力，同時使熱量盡可能均勻分布；點焊一條焊縫就焊接一條焊縫，保證鋼板的另一側(cè)是能夠自由收縮的。為了使整個焊縫橫向收縮均勻，并減少焊接接頭端部的“屋頂形”現(xiàn)象，定位焊縫應(yīng)從焊縫兩端向中間進行點固；先焊短（橫）焊縫，后焊長（縱）焊縫，焊接順序從罐中心向四周；焊接采用從中間向兩端分段退焊、隔縫跳焊法。

底板中幅板端部應(yīng)留600mm～800mm不焊，以便最后調(diào)整與邊緣板伸縮縫的搭接量。邊緣板宜采用多名焊工均勻分布隔縫跳焊法焊接。伸縮縫的焊接是整個油罐本體焊接的最后一道工序，焊接前應(yīng)將邊緣板與中幅板、邊緣板與異形板之間的夾具松開，鏟除定位焊點采用多名焊工均勻分布，分段對稱施焊，逆向跳焊。

底板焊接的全過程要有專人監(jiān)督，隨時觀察、檢查底板的變形情況，及時采取必要的補救措施。底板在焊接工程中為防止產(chǎn)生過大的焊接變形，也可適當(dāng)?shù)夭捎梅醋冃畏?，將對接縫處用角鋼或槽鋼墊高30mm～40mm，這樣基本可抵消焊接后的變形量，底板焊接完成。底板焊接完成后對底板焊縫進行100%PT試驗和抽真空試驗，檢查焊接質(zhì)量，重點檢查“T”型焊縫位置，檢查合格后底板施工完成。

4.2 油罐壁板安裝焊接方案

油罐底板施工完成后，在底板上安裝壁板提升裝置并進行焊接加固，在基礎(chǔ)外側(cè)安裝自動焊機行走環(huán)形軌道，軌道采用8#槽鋼彎曲制成，弧度和壁板弧度基本相同，軌道下方用12#槽鋼支撐，環(huán)形軌道整體直徑比油罐直徑大2200mm，偏差控制在±10mm以內(nèi)，軌道接頭部分不允許有偏差。整個環(huán)形軌道的整體水平標(biāo)高偏差控制在±10mm以內(nèi)，軌道接頭位置不能有偏差，所有軌道的連接位置均應(yīng)滿焊。

油罐壁板立縫采用氣電立焊機自動焊，氣電立焊機是高效自動化焊機設(shè)備，焊接接頭一次成型可達50mm。氣電立焊機焊接強迫水冷一次成型，熔池液面自動控制，焊絲伸出長度自動調(diào)節(jié)，垂直焊接鋁合金軌道，磁鐵吸附，模塊結(jié)構(gòu)，拆裝靈活方便。適應(yīng)板幅1600mm～3200mm，適應(yīng)板厚8mm～80mm，適應(yīng)最小筒體6000mm，焊機自動行走速度0mm/min～250mm/min，快速行走速度550mm/min（如圖1）。

圖1

油罐壁板橫縫外部采用自動埋弧橫焊機（型號MSHW-I/D）焊接，該焊機主要用于立式筒體施工，該自驅(qū)埋弧焊系統(tǒng)能將施工時間降低約40%，可用于正裝法施工的油罐，也可用于倒裝法施工的油罐。該焊機可用于最小4500mm 的罐，適應(yīng)板幅1400mm～3200mm，適應(yīng)板厚8mm～45mm，焊機速度300mm/min～500mm/min（如圖2）。

圖2

油罐壁板焊接順序為先焊縱縫再焊環(huán)縫。

（1）縱縫組對：嚴禁在焊道內(nèi)側(cè)或外側(cè)點焊；使用雙U 型弧板與方眼形卡具把焊縫均分為三段，調(diào)整立焊縫的間隙，方眼卡具焊接在工件表面，U 型弧板不焊接；焊縫間隙調(diào)整完成后，使用T 型口弧板調(diào)整焊縫錯口值和固定焊縫，一般焊口上下各留150mm，均布間隔400mm；T型口弧板固定后，拆除雙U型弧板。

縱縫焊接：檢查測量內(nèi)坡口的組對間隙是否符合焊接工藝要求，檢查紫銅模板是否可用，根據(jù)壁板厚度調(diào)整氣電立焊機的焊接參數(shù)開始焊接。焊縫下端預(yù)留的相應(yīng)焊縫采用手工電弧焊焊接，焊接前必須打磨自動焊縫的下端部位成斜坡，以利焊接接頭質(zhì)量。只有當(dāng)焊縫徹底冷卻后，才可拆除加固和防變形措施。氣電立焊的優(yōu)點是焊接效率高、焊縫變形小、坡口背面不需要清根、單面焊雙面一次成型、投入人工少、焊機操作箱自帶防風(fēng)裝置不需要搭設(shè)防風(fēng)棚、焊縫內(nèi)外表成型美觀，寬窄差一致，余高符合規(guī)范要求、焊縫采用X 光進行射線無損檢測一次合格率100%。

（2）環(huán)縫組對：組對時在外側(cè)坡口中點焊，點焊長度為50mm以上，間距300mm，厚度4mm，點焊與正式焊接工藝相同；外側(cè)坡口的焊接采用埋弧自動橫焊，要求對口無間隙；當(dāng)上下壁板不等厚時，應(yīng)保證內(nèi)側(cè)平齊；環(huán)縫組對時，應(yīng)在內(nèi)側(cè)每600mm 左右點焊一塊矩形板，以防止環(huán)縫的焊接變形。

環(huán)縫焊接：用兩臺埋弧橫焊機沿外側(cè)圓周均布，同向同時焊接；外側(cè)焊縫焊完且徹底冷卻后，內(nèi)側(cè)用砂輪或碳弧氣刨清根后再用手工電弧焊焊接；只有當(dāng)焊縫徹底冷卻后，才可拆除加固和防變形措施。埋弧自動橫焊焊接時焊縫下面的轉(zhuǎn)動拖帶和焊機操作箱同步同向移動，焊槍角度控制在15°～20°。及時更換燒傷的拖帶以保證焊劑的回收率。

埋弧橫焊的優(yōu)點是焊接效率高、焊接變形量較手工電弧焊小、埋弧自動橫焊對風(fēng)速要求低不需要搭設(shè)防風(fēng)棚、投入人工少、焊縫外表成型美觀，寬窄差一致，余高符合規(guī)范要求、焊縫采用X光射線無損檢測一次合格率大于98%。內(nèi)側(cè)手工電弧焊時嚴格按照施工技術(shù)措施和焊接工藝卡參數(shù)由考核合格的焊工施焊。

（3）罐壁板與包邊角鋼、罐壁板與底板焊接采用手工電弧焊工藝，焊接由6～8名焊工均勻分布在罐四周，沿同一方向分段退焊，焊接參數(shù)基本保持一致，第一、二層段焊（焊100mm 段100mm），第三層至蓋面層可連續(xù)焊接，采用內(nèi)外交錯焊法，即外部焊一層，內(nèi)部焊一層，直至焊接結(jié)束。

4.3 油罐頂板安裝焊接方案

油罐頂板由32塊瓜皮板和中心頂板構(gòu)成，中心頂板與瓜皮板的連接為搭接形式，瓜皮板與瓜皮板的連接為搭接形式，連接板與筋板的連接為搭接形式，頂板與包邊角鋼的連接為搭接環(huán)角縫。

罐頂板的焊接：先焊罐頂內(nèi)側(cè)的斷續(xù)焊縫，后焊外部的連續(xù)焊縫；采用從中心向外分段跳焊；連續(xù)焊縫應(yīng)先焊環(huán)向短焊縫，再焊徑向長焊縫；罐頂板和包邊角鋼構(gòu)成的環(huán)角縫，焊工對稱均勻地分布在罐四周，沿同一方向采用分段退焊。

4.4 附件安裝

油罐主體施工完成后，安裝油罐附件，附件主要包括罐頂?shù)暮粑?，安全閥，罐壁人孔，清掃孔，溢油管及支架，回油管及支架，水噴淋消防管及支架，取樣管及支架，盤梯步道等，附件焊接采有手工電弧焊，焊接牢固質(zhì)量可靠。

5 結(jié)論

大型油罐組合安裝焊接工作量大，每臺萬方油罐的焊縫總長度約2350m，其中壁板焊縫就有1240m，油罐壁板焊接效率直接影響油罐的整體施工進度。采用氣電立焊和埋弧自動橫焊機對壁板進行焊接后，極大地提升了壁板焊接速度，保證了焊接質(zhì)量，且安全穩(wěn)定，大大縮短了油罐的整體施工工期，確保了油罐優(yōu)質(zhì)、高效、安全、按期完工。