3萬立方米儲(chǔ)罐自動(dòng)焊接方法的應(yīng)用

王戰(zhàn)民

(中國石化南陽油田監(jiān)理公司，河南南陽 473000)

立式儲(chǔ)罐是施工現(xiàn)場組裝焊接的原油儲(chǔ)存容器，由鋼板組裝成型，鋼板與鋼板之間的焊接工作量非常大，施工質(zhì)量要求高、工期緊，對儲(chǔ)罐焊接質(zhì)量和效率要求非常高，因此，高效的自動(dòng)焊接方法在儲(chǔ)罐焊接中逐步擴(kuò)大應(yīng)用。西北油田承建2臺(tái)3萬立方米（外浮頂）儲(chǔ)罐，采用正裝法，焊接方法選用埋弧自動(dòng)焊、氣電自動(dòng)立焊和電弧焊組合的焊接工藝，焊接生產(chǎn)效率和質(zhì)量有明顯提高，對降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1.焊接方式

儲(chǔ)罐焊接方法有兩種，一是電弧焊，二是電弧焊+自動(dòng)焊接方法。工程開始前，對這兩種方法進(jìn)行了分析：手工電弧焊雖然比較方便，但需要大量焊工多點(diǎn)焊接，高空作業(yè)比較多，安全隱患多而效率低，焊接質(zhì)量因個(gè)人技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)難以保證，對于大型儲(chǔ)罐安裝費(fèi)工費(fèi)力。采用自動(dòng)焊方法省工省力，減少焊工的投入，經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全適用、質(zhì)量高。3萬立方米儲(chǔ)罐選用自動(dòng)焊接方法，包括埋弧自動(dòng)焊（橫焊、角焊）、氣電自動(dòng)立焊等。

2底板搭接角焊縫焊接

2.1 埋弧焊設(shè)備

埋弧焊自動(dòng)平焊機(jī)由小車行走機(jī)構(gòu)、焊接電源和控制箱組成。

2.2 焊接原理

電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接，其焊接質(zhì)量穩(wěn)定，具有生產(chǎn)率高、弧光及煙塵少等優(yōu)點(diǎn)，成為儲(chǔ)罐底板、角焊縫的主要焊接方法。

2.3 埋弧焊優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

（1）埋弧自動(dòng)焊接生產(chǎn)效率高。

（2）熔渣隔絕空氣的保護(hù)效果好，焊接參數(shù)保持穩(wěn)定，機(jī)械性能較好，焊縫質(zhì)量高。

（3）現(xiàn)場勞動(dòng)條件好，減輕焊工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，沒有弧光輻射。

（4）缺點(diǎn)是僅適用于水平位置或傾斜不大的焊縫，工件裝備質(zhì)量要求較高，設(shè)備大不靈活。

2.4 焊前和焊接過程的控制

（1）特種作業(yè)人員必須持證上崗，經(jīng)考試合格后方可進(jìn)場。

（2）進(jìn)場的焊接設(shè)備性能良好，符合焊接工藝要求，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)場。

（3）焊接材料和焊劑必須提供質(zhì)量證明文件。

（4）焊接前必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接工藝評定，編制焊接工藝規(guī)程，經(jīng)施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后實(shí)施。

（5）焊接前技術(shù)人員必須向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，重點(diǎn)是焊接工藝規(guī)程的交底。

（6）焊接底板搭接角焊縫時(shí)必須采取防變形措施，埋弧自動(dòng)焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量大，搭接焊縫需要焊接兩遍成型后才能確保焊縫外觀質(zhì)量、高度符合設(shè)計(jì)要求，為防止儲(chǔ)罐底板較大變形，用槽鋼順著焊縫兩邊對鋼板進(jìn)行固定。焊接順序宜按先焊短焊縫、后焊長焊縫。兩臺(tái)設(shè)備焊接一條焊縫時(shí)，應(yīng)從中間開始，向兩邊進(jìn)行焊接。3萬立方米儲(chǔ)罐底板焊接后，底板局部沒有發(fā)生凹凸變形，符合《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工規(guī)范》GB50128要求。

（7）邊緣板與中幅板間的龜甲縫，應(yīng)在大角縫和邊緣板焊縫全部焊接完成后進(jìn)行；組對時(shí)，若出現(xiàn)底板翹起現(xiàn)象，應(yīng)用槽鋼或工字鋼壓平后定位焊，方可進(jìn)行自動(dòng)焊接。

（8）罐底中副板、邊緣板自身的搭接焊縫以及中副板與邊緣板之間的搭接焊縫，應(yīng)采用單面連續(xù)角焊接。

3.壁板環(huán)縫的埋弧橫焊

3.1 焊接設(shè)備

主要由焊接電源、機(jī)頭、焊劑輸送回收系統(tǒng)、焊劑托送機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和行走框架組成。

3.2 工藝原理

單面埋弧自動(dòng)橫焊，主要用于正裝法儲(chǔ)罐壁板環(huán)縫的焊接，其行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在行走框架的上部，以罐壁上邊緣為導(dǎo)向沿罐壁行走。單面多層多道焊接，壁板環(huán)縫單面焊接完成后，背面清根，再按工藝要求進(jìn)行背面的焊接。

3.3 埋弧自動(dòng)橫焊特點(diǎn)

（1）埋弧自動(dòng)橫焊的生產(chǎn)效率高，速度快，變形量小，保證壁板垂直度不超標(biāo)，焊縫外觀質(zhì)量成型好、美觀，合格率高。

（2）焊接速度快，用機(jī)器代替人工，生產(chǎn)成本低，減少高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。采用白天組裝壁板，晚上焊接連續(xù)作業(yè)方式，提高工作效率，縮短工期，減少經(jīng)濟(jì)投入。在3萬立方米儲(chǔ)罐焊接中，平均一天一圈壁板。

（3）埋弧自動(dòng)焊看不到弧光，有毒氣體量少，減少對人體健康職業(yè)病傷害。

（4）在清理內(nèi)壁環(huán)焊縫時(shí)，采用專業(yè)清根隊(duì)伍，焊完后，一個(gè)小時(shí)內(nèi)完成清根，工作效率高，打磨質(zhì)量好，根本不會(huì)影響施工進(jìn)度。

3.4 焊接順序

壁板單面埋弧焊自動(dòng)橫焊，先焊接壁板外環(huán)縫，再焊接壁板內(nèi)環(huán)縫。外壁板環(huán)縫焊接完成后，內(nèi)壁板環(huán)縫處采用角磨機(jī)清根，保證內(nèi)壁坡口，然后再將焊接設(shè)備移動(dòng)到內(nèi)壁，焊接內(nèi)環(huán)縫。

3.5 焊前和焊接過程的控制

（1）儲(chǔ)罐壁板坡口加工必須按照焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；坡口表面及兩側(cè)各100mm油污、水、鐵銹等清除干凈?；鹧婕庸て驴?，應(yīng)打磨表面氧化層。

（2）焊接前，必須按照焊接工藝規(guī)程檢查環(huán)縫組對間隙，壁板垂直度、壁板水平度，以免造成焊接質(zhì)量和壁板垂直度、橢圓度超標(biāo)。

（3）在儲(chǔ)罐內(nèi)壁采取防變形措施，設(shè)置背桿：采用2米長的10號槽鋼制作反變形措施，用2個(gè)龍門卡固定，背桿間距小于1m～2m。

（4）焊接前焊劑必須進(jìn)行烘干，以免焊縫出現(xiàn)氣孔，確保焊接質(zhì)量。

（5）焊接前，必須對壁板上水平度進(jìn)行檢查、調(diào)整，統(tǒng)一標(biāo)高，確保環(huán)焊縫在同一水平面上。

（6）焊接時(shí)焊槍角度應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程的要求，在下一層、道焊接前，應(yīng)及時(shí)對前一層焊渣進(jìn)行清除；層、道間焊接接頭至少要錯(cuò)開50mm以上。

（7）根據(jù)焊接工藝要求，先焊接壁板縱縫，再焊接環(huán)縫。在“T”型逢處，要先將與環(huán)縫接頭處縱縫部分打磨清理干凈，再進(jìn)行焊接，防止焊縫出現(xiàn)夾渣或氣孔等缺陷。

（8）焊接時(shí)宜多臺(tái)焊機(jī)沿壁板圓周對稱分布向同一方向焊接。

（9）埋弧自動(dòng)橫焊進(jìn)行焊接時(shí)焊縫宜出現(xiàn)氣孔和夾渣，主要是在焊縫的打底和填充面。影響氣孔的主要因素有:環(huán)境濕度、坡口尺寸、組裝質(zhì)量、坡口及焊劑清理、清根和焊接速度快等情況。當(dāng)焊接速度過快時(shí)，清根不徹底，會(huì)使焊縫出現(xiàn)咬邊、未熔合和氣孔等缺陷。焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，控制焊接速度，避免不合格焊口出現(xiàn)，確保焊接質(zhì)量。

4.壁板與底板之間大角縫焊接

4.1 焊接設(shè)備

儲(chǔ)罐內(nèi)、外側(cè)大角縫先采用焊條電弧焊打底，再采用埋弧自動(dòng)平角焊填充、蓋面。

4.2 焊接順序

儲(chǔ)罐倒裝法施工，在最后底圈壁板組焊完成后才能組對、焊接大角縫；儲(chǔ)罐正裝法施工，壁板至少應(yīng)組裝、焊接完成三至四圈后，再組對、焊接大角焊縫。大角縫焊接宜先焊接罐內(nèi)側(cè)角焊縫，后焊接外側(cè)角焊縫。

4.3 焊前和焊接過程的控制

（1）焊接前，應(yīng)該在底層壁板與底板之間用10號槽鋼支撐，防止邊緣板角變形，設(shè)置的斜支撐，其尺寸可以通過埋弧自動(dòng)平角焊機(jī)。

（2）內(nèi)側(cè)大角焊縫應(yīng)呈內(nèi)凹形、平緩過渡，嚴(yán)禁咬邊存在。

5.壁板縱縫的氣電自動(dòng)立焊

5.1 氣電自動(dòng)立焊設(shè)備

氣電自動(dòng)立焊設(shè)備主要由焊接小車、精密磁性導(dǎo)軌、電氣控制箱、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊槍以及水冷銅滑塊等組成，并配焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、冷卻水循環(huán)裝置等。

5.2 工藝原理

焊接時(shí)，在焊縫的正面采用水冷銅滑塊、焊縫的背面采用水冷檔排，使用藥芯焊絲送入焊件和檔塊形成的凹槽中，電弧在焊絲和接頭底部的起焊板之間引燃而形成焊縫。氣電自動(dòng)立焊鋼板厚度范圍為9mm～32mm，焊接位置為垂直的對接單道。

5.3 氣電自動(dòng)立焊特點(diǎn)

（1）氣電自動(dòng)立焊在儲(chǔ)罐建造中，主要用于壁板縱縫的焊接，焊接生產(chǎn)率較高，焊縫成型美觀，外觀質(zhì)量好，能連續(xù)作業(yè)，節(jié)約焊材，成本低。

（2）焊接時(shí)產(chǎn)生煙塵少，焊后不產(chǎn)生工業(yè)垃圾，保證操作人員的職業(yè)健康，避免環(huán)境污染。

（3）氣電自動(dòng)立焊存有局限性，僅能焊接壁板縱向焊縫，其余焊縫無法進(jìn)行焊接。

（4）焊接方式不同，其焊接從下向上進(jìn)行焊接，焊接中，焊縫兩邊都采用水冷銅滑塊成形法，采取冷卻措施，降低了焊接接頭產(chǎn)生熱量，減少焊接缺陷的概率，改變作業(yè)環(huán)境，提高焊接效率。

5.4 焊前和焊接過程的控制

（1）采用V型坡口，清除坡口100毫米范圍內(nèi)油污；打磨表面硬化層，坡口表面及邊緣應(yīng)平滑，不得有夾渣、分層及熔渣等缺陷。

（2）應(yīng)嚴(yán)格控制壁板組對間隙，內(nèi)側(cè)為4mm～6mm，外側(cè)為14mm～19mm，錯(cuò)邊量不得大于1mm。

（3）縱縫下端100mm左右焊縫采用手工電弧焊焊接，然后開始?xì)怆娮詣?dòng)立式焊接。

（4）檢查滑塊表面與坡口兩側(cè)的鋼板表面是否貼緊，防止鐵水進(jìn)入滑塊兩側(cè)與鋼板表面的間隙，造成焊縫凹陷，出現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透、夾渣等缺陷。

6.結(jié)語

通過自動(dòng)焊接方法在3萬立方米儲(chǔ)罐施工中的成功應(yīng)用，有以下結(jié)論：

（1）采用手工電弧焊方法，單人焊接完成板厚24mm焊縫約8m/d，而采用自動(dòng)焊方法時(shí)，能完成48m/d，是手工電弧焊的6倍，極大地提高了工作效率。

（2）與手工電弧焊對比，一臺(tái)3萬立方米儲(chǔ)罐需投入人工約48人，而采用自動(dòng)焊接方法，人工僅需15人，大大節(jié)約了人工成本，可以節(jié)約人工成本約30萬元。

（3）一臺(tái)3萬立方米儲(chǔ)罐按照手工電弧焊計(jì)算工期約為60d，而采用自動(dòng)焊接方法，工期約45d，節(jié)約工期15d，縮短了施工工期，節(jié)約了時(shí)間成本。

（4）自動(dòng)焊接方法使焊縫外觀成型美觀，寬窄均勻，焊縫波紋整齊，有效地減少了焊縫氣孔、未熔合和夾渣的缺陷，提高了焊縫質(zhì)量，經(jīng)第三方無損檢測，合格率達(dá)到98.8%。

（5）不足之處，在采用自動(dòng)焊接方法中，需要采用較多的防變形措施，在最后清理卡具時(shí)可能損傷鋼板母材，或者遺留在底板、壁板上，給后期儲(chǔ)罐運(yùn)行造成很大的安全隱患。

（6）儲(chǔ)罐的焊接工作量大，自動(dòng)焊接設(shè)備有氣電自動(dòng)立式焊接、焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)橫焊、埋弧自動(dòng)平焊機(jī)、埋弧自動(dòng)平角焊機(jī)，所需的焊接設(shè)備和機(jī)具較多，有些設(shè)備較大，運(yùn)輸和安裝比較煩瑣，需要進(jìn)一步研究新的自動(dòng)焊接設(shè)備解決這些問題。

自動(dòng)焊接方法具有先進(jìn)合理、工藝穩(wěn)定、操作簡便、綜合成本低、有效地降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。