提高10萬(wàn)m3油罐底板SAW焊接生產(chǎn)率的技術(shù)應(yīng)用

茹成章 ，秦紅艷 ，楊鎖軍 ，徐 進(jìn) ，劉曉麗 ，王國(guó)臣 ，赫德明 ，李士學(xué)

（1.中國(guó)石油管道局工程有限公司，河北 廊坊 065000；2.天津天泉工程監(jiān)理有限公司，天津 300280；3.河北華北石油工程建設(shè)有限公司，河北 任丘 062552）

0 前言

埋弧焊（Submerged Arc Welding，SAW）是電弧在顆粒狀焊劑覆蓋下燃燒進(jìn)行焊接的方法[1]。目前SAW按焊絲數(shù)目分為單絲埋弧焊和多絲埋弧焊，按焊接機(jī)械化程度分為自動(dòng)埋弧焊和半自動(dòng)埋弧焊。原油罐區(qū)的儲(chǔ)罐底板埋弧焊接采用自動(dòng)埋弧焊。

SAW具有生產(chǎn)率高[2]、焊接質(zhì)量高、勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)，但其適應(yīng)性和靈活性較差，短焊縫效率較低，薄板焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，加之輔助裝置較多，主要適用于平焊或橫焊位置的焊接。

1 罐底板焊接

1.1 罐底板

10萬(wàn)m3鋼質(zhì)原油儲(chǔ)罐（φ80 m×H22.5 m）底板總焊縫長(zhǎng)度約2 287 m，罐底板鋼板材質(zhì)為Q235B和12MnNiVR，詳見(jiàn)表1。

1.2 焊接工序

10萬(wàn)m3鋼質(zhì)原油儲(chǔ)罐直徑80m，罐底板總面積約2200m2。焊接順序是有效控制焊后變形的關(guān)鍵。

表1 罐底鋼板主要相關(guān)信息

1.2.1 邊緣板焊接

邊緣板對(duì)接焊縫采用焊條電弧焊分兩次手工焊接。先進(jìn)行從外向里300 mm長(zhǎng)均布焊接，在壁板與邊緣板相連的大角縫焊接完后再進(jìn)行剩余邊緣板對(duì)接焊縫的焊接。邊緣板在進(jìn)行外300 mm焊接時(shí)應(yīng)采取反變形措施，要求焊縫對(duì)口向上翹起反變形6～8 mm，采用專用工具進(jìn)行反變形，整條對(duì)接焊縫安裝2～3個(gè)反變形卡具。

1.2.2 中幅板焊接

中幅板焊接時(shí)，先完成短焊縫，再完成長(zhǎng)焊縫。施工順序?yàn)椋褐蟹彘g墊板點(diǎn)焊→中幅板間焊接→廊板間焊道焊接→廊板與中幅焊接。中幅板焊縫點(diǎn)焊分群進(jìn)行，如圖1所示。一般先完成A類中幅板間的焊接，再進(jìn)行B類中幅板間焊接。A、B兩類中幅板之間不做點(diǎn)焊，只做墊板連接。中幅板和墊板的點(diǎn)焊只在A類中幅板間單面點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長(zhǎng)度每200 mm點(diǎn)焊50 mm，A、B兩類中幅板焊縫均從中心向兩端間隔跳焊，跳焊長(zhǎng)度350～400 mm。壓縫之后，中幅板間先進(jìn)行底層CO2氣體保護(hù)焊接，宜采用分段退焊或跳焊法，然后再進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊（SAW）填充蓋面。其中焊縫兩端部位300 mm為焊條電弧焊焊接完成。中幅板焊接前應(yīng)采取防變形措施，依照先中幅板、廊板，后異形板的焊接順序，使用背杠、連接板固定底板與底板、底板與廊板之間的間隙。

1.2.3 大角縫的焊接

圖1 中幅板焊縫點(diǎn)焊分群示意

大角縫（即邊緣板與底圈壁板間的角縫）的焊接是在至少完成三節(jié)罐壁板焊接后進(jìn)行，先焊內(nèi)側(cè)后焊外側(cè)。大角縫焊接前須調(diào)整罐壁的垂直度，從1點(diǎn)方向分逆、順時(shí)針一邊調(diào)整垂直度，一邊進(jìn)行內(nèi)外交錯(cuò)點(diǎn)焊固定，一邊撤掉定位板。點(diǎn)焊時(shí)應(yīng)按規(guī)定預(yù)熱焊縫，點(diǎn)焊長(zhǎng)度每300 mm焊接50 mm。內(nèi)、外角焊縫焊接先進(jìn)行焊條電弧焊打底，再進(jìn)行PT探傷，合格后再使用自動(dòng)埋弧焊填充蓋面，以確保焊縫的圓滑過(guò)渡。

1.2.4 龜甲縫的焊接

在大角縫、邊緣板對(duì)接縫焊接完成后進(jìn)行龜甲縫的焊接。每切下1塊中幅板后立即進(jìn)行點(diǎn)焊，每間隔300mm固定焊接50 mm。點(diǎn)焊后進(jìn)行焊條電弧焊打底，由數(shù)名焊工均布沿同一方向進(jìn)行焊接。然后埋弧自動(dòng)焊機(jī)均布沿同一方向填充、蓋面施焊。中幅板與邊緣板對(duì)接如圖2所示。龜甲縫的焊接每塊板須設(shè)2個(gè)防變形胎具。

圖2 邊緣板與中幅板焊接示意

2 提高SAW生產(chǎn)率的技術(shù)應(yīng)用

2.1 增加焊接線能量

在滿足焊接接頭力學(xué)性能要求的前提下，提高熔敷速率可以提高生產(chǎn)率。埋弧焊接中厚板結(jié)構(gòu)時(shí)適當(dāng)增加焊接線能量以提高熔敷速率，可采用多絲焊、粗焊絲、熱絲焊等。在焊接工藝評(píng)定時(shí)采用直徑4.8 mm焊絲，提高焊接生產(chǎn)率。

2.2 窄間隙焊接

為減少坡口斷面及熔敷金屬量進(jìn)行窄間隙焊接。窄間隙焊接采用氣體保護(hù)焊打底、埋弧焊填充蓋面結(jié)合的工藝進(jìn)行施焊。無(wú)論接頭厚度均采用對(duì)接形式，減少坡口間隙可數(shù)倍、數(shù)十倍地降低所需熔敷金屬量，從而大大提高生產(chǎn)率[3]。窄間隙焊接的關(guān)鍵是保證兩側(cè)熔透和電弧中心自動(dòng)跟蹤處于坡口中心線上。為此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，提高底板組對(duì)精度，合理減少罐底板組對(duì)間隙，在節(jié)約材料的同時(shí)減少焊接工作量，提高焊接生產(chǎn)率。

2.3 添加合金粉末

添加合金粉末的埋弧焊（Submerged Arc Welding with Alloyed Metal Powders，SAW-AMP）是一種既能提高熔敷速率，又能保持焊接接頭良好性能的高效焊接技術(shù)[4]?；咀龇ㄊ窃谄驴谥蓄A(yù)先鋪放一層金屬粉末（或金屬細(xì)?；蚯袛嗟亩毯附z等），然后進(jìn)行焊接。該合金粉末廣泛用于造船、壓力容器、重型機(jī)器、橋梁和海洋石油平臺(tái)等領(lǐng)域。添加合金粉末的埋弧焊技術(shù)采用大線能量，添加的合金粉末改善了焊縫組織，焊縫深寬比顯著提高，焊縫及HAZ組織晶粒也未粗化，焊接熔敷速率得到提高，且焊接接頭的力學(xué)性能滿足要求[5]。故焊接工藝評(píng)定時(shí)選用H08A/φ1.0 mm×1mm碎焊絲，大幅提高SAW焊接生產(chǎn)率。

3 結(jié)論

在儲(chǔ)罐全部焊接施工中，罐底板埋弧焊接是焊接工作量最大的部分之一，采用高效的SAW焊接技術(shù)是提高油罐底板焊接生產(chǎn)率的重要前提。10萬(wàn)m3鋼質(zhì)原油儲(chǔ)罐底板焊接通過(guò)增加焊接線能量、窄間隙焊接、添加合金粉末等措施，有效提高了SAW焊接生產(chǎn)率，效果良好，為10萬(wàn)m3原油儲(chǔ)罐工程優(yōu)質(zhì)環(huán)保按期完工奠定了基礎(chǔ)。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：28.

[2]李桓，張寶紅.熱絲填充埋弧焊原理及應(yīng)用[J].焊接學(xué)報(bào)，1998（1）：25-28.

[3]張良成.窄間隙埋弧焊在特厚（415 mm）鍛件焊接中的應(yīng)用[A].第五屆全國(guó)壓力容器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].安徽：2001.

[4]宋天革.埋弧焊焊劑熱物理性能的研究[J].焊接技術(shù)，2009，38（3）：40-42.

[5]夏天東，李浩河.用添加合金粉末埋弧焊工藝焊接16MnR鋼[J].焊接，1998（10）：9-15.