蔣激揚(yáng)

上海市安裝工程有限公司 上海 201512

自動(dòng)化焊接技術(shù)在大型不銹鋼儲(chǔ)罐中的全面應(yīng)用

蔣激揚(yáng)

上海市安裝工程有限公司 上海 201512

通過(guò)工程實(shí)例介紹了自動(dòng)化焊接技術(shù)在大型不銹鋼儲(chǔ)罐建設(shè)中的應(yīng)用情況。

自動(dòng)化焊接 立焊 大型不銹鋼儲(chǔ)罐

儲(chǔ)罐的類型非常多，但在各類儲(chǔ)罐的建造中，特別是在大型儲(chǔ)罐中應(yīng)用最廣的材料基本上是碳鋼和低合金鋼。雖然 304（0Cr18Ni9）不銹鋼在石油化工等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，大型儲(chǔ)罐中材質(zhì)全部為不銹鋼的所占比例較小，在安裝時(shí)所采用的焊接方法基本上是手工焊焊接。2011年在安徽華誼30萬(wàn)t/a醋酸乙酯項(xiàng)目V19104A/B、V19105A/B/C不銹鋼儲(chǔ)罐制作安裝工程中，我公司首次全部采用了自動(dòng)化的焊接方法（特別是立焊位置），最終達(dá)到質(zhì)量好、成本低、效率高的目的，得到了有關(guān)方面的高度贊揚(yáng)及一致好評(píng)。

1 工程概況

由上海工程化學(xué)設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)，上海市安裝工程有限公司制作安裝的安徽華誼化工有限公司30萬(wàn)t/a醋酸乙酯項(xiàng)目中5臺(tái)不銹鋼常壓儲(chǔ)罐，其中2臺(tái)為10000m3醋酸儲(chǔ)罐，3臺(tái)為5000m3醋酸乙酯儲(chǔ)罐。

儲(chǔ)罐組裝采用液壓提升倒裝法施工。儲(chǔ)罐底板及壁板橫（環(huán)）縫焊接采用埋弧自動(dòng)焊；儲(chǔ)罐壁板立（縱）縫采用CO2自動(dòng)立焊焊接。

表1 10000m3內(nèi)浮頂醋酸儲(chǔ)罐

表2 5000m3內(nèi)浮頂醋酸乙脂儲(chǔ)罐

1.1 儲(chǔ)罐部分主要技術(shù)參數(shù)

1.2 母材、焊接材料及方法

（1） 母材材質(zhì)：0Cr18Ni9；

（2）壁板坡口形式主要是V與X型，與其它儲(chǔ)罐基本相同；

（3）焊接材料及焊接方法（見(jiàn)表3）。

表3 焊接材料和焊接方法

2 底板焊接

2.1 焊接前首先檢查組裝質(zhì)量

清除坡口及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的污染物，并應(yīng)充分干燥。根據(jù)施工方案進(jìn)行定位焊及工卡具的焊接，由合格焊工進(jìn)行焊接。每段定位焊縫的長(zhǎng)度對(duì)于底板只需點(diǎn)焊即可，底板其它部分用工卡具臨時(shí)固定，埋弧焊自動(dòng)底板焊接順序如下圖1。

2.2 選擇合適焊接工藝參數(shù)及焊接順序

保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵是選擇合適焊接工藝參數(shù)及焊接順序。首先根據(jù)底板實(shí)際情況來(lái)安排版圖并由外而內(nèi)進(jìn)行鋪設(shè)。焊接時(shí)嚴(yán)格按照焊接工藝參數(shù)及焊接順序，原則上是對(duì)稱均布，從中間向外，分段退焊。從中幅板的橫向短焊縫先開(kāi)始焊接，后焊中幅板的縱向長(zhǎng)焊縫。長(zhǎng)焊縫由中心向外對(duì)稱均布，由2臺(tái)平/角自動(dòng)焊機(jī)采用分段倒退法由中心向外進(jìn)行焊接。如采用一般焊條電弧焊，分段退焊長(zhǎng)度以1.5～2m為宜；而埋弧自動(dòng)焊，分段退焊長(zhǎng)度以3～5m左右為佳。焊接參數(shù)應(yīng)基本一致，以減小焊接變形，必要時(shí)可采用剛性固定法來(lái)控制變形。

如在10000m3儲(chǔ)罐焊接時(shí)由于底板厚度為8mm，焊接二道，電流為300～320A；電壓為28～30V；焊接速度為1.0～1.4(備注:1.2的速度為800mm/m in）；而5000m3儲(chǔ)罐焊接時(shí)由于底板厚度為6mm，直接焊一道即可，電流、電壓與10000m3焊接參數(shù)較為接近，速度放慢，以保證焊縫寬度與高度。

由于不銹鋼對(duì)于焊接線能量要求比較嚴(yán)格，一般情況下埋弧自動(dòng)焊電流大，但我們通過(guò)控制焊接速度與焊接電流的關(guān)系，完全可以把焊接線能量控制在合適范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，采取合理的工藝措施后，底板變形控制非常好，焊縫成型美觀。儲(chǔ)罐底板焊完后，對(duì)五臺(tái)儲(chǔ)罐（五臺(tái)不銹鋼儲(chǔ)罐底板焊縫長(zhǎng)度共為2150m）其局部凹凸變形量檢查共為：554個(gè)點(diǎn)，最大值為25mm（規(guī)范規(guī)定為不大于50mm），完全符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。充水試驗(yàn)前后對(duì)焊縫兩次真空試驗(yàn)、兩次滲透檢測(cè)均全部合格,合格率達(dá)到100%。實(shí)際施工時(shí)的焊接參數(shù)見(jiàn)表3。

3 罐壁立（縱）向焊縫焊接的焊接

目前不銹鋼儲(chǔ)罐施工在立焊位置施焊一般采用焊條電弧焊，而氣電立焊一次成型能用于碳鋼儲(chǔ)罐但不適用于不銹鋼儲(chǔ)罐。由于人工焊接對(duì)焊工技能要求相對(duì)較高，而且焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定，我們?cè)诹⒑笗r(shí)大膽采用了CO2氣體保護(hù)焊，自下向上自動(dòng)焊接。在焊接時(shí)我們利用自動(dòng)焊的特點(diǎn)，考慮到不銹鋼材質(zhì)對(duì)線能量的要求，選擇了合適的焊接參數(shù)，采用了分層焊接來(lái)控制焊接時(shí)的熱輸入，既大大提高了焊接速度，也能保證焊接質(zhì)量。

罐壁的焊接，首先焊立（縱）向焊縫，后焊環(huán)（橫）向焊縫。當(dāng)焊完相鄰兩圈壁板的立（縱）向焊縫后，再焊環(huán)（橫）向焊縫。立（縱）縫對(duì)口采用工卡具，對(duì)口間隙控制在3～4mm左右，內(nèi)側(cè)用空心銅板鋪設(shè)，空心銅板采用U型卡具固定后注滿循環(huán)冷卻水，既保證焊縫反面成型，又能起到防止變形作用。

為了保證焊接設(shè)備的行走,對(duì)于倒裝儲(chǔ)罐在罐壁焊接時(shí)必須先進(jìn)行自動(dòng)焊軌道鋪設(shè)，見(jiàn)圖3。

表3 實(shí)際施工時(shí)的焊接參數(shù)（包括立、橫焊位置焊縫）

用長(zhǎng)度為2000mm的14槽鋼，每隔1000mm左右，在整個(gè)圓周內(nèi)均布，為橫、立縫自動(dòng)焊機(jī)軌道架設(shè)做基礎(chǔ)。伸出儲(chǔ)罐基礎(chǔ)部分的槽鋼下部用角鋼支撐。槽鋼與底板接觸部分用不銹鋼墊板襯墊，誤差控制在±2mm以內(nèi)。軌道的水平誤差大小將直接影響自動(dòng)焊的焊接質(zhì)量。

表4 焊接時(shí)的部分參數(shù)

4 罐壁橫（環(huán)）向焊縫的焊接

橫（環(huán)）向焊縫焊接采用埋弧自動(dòng)焊。

當(dāng)立（縱）向焊縫焊接完成后，上下兩圈圈壁板組裝，垂直度允許偏差不大于3mm，相鄰兩壁板上口水平允許偏差2mm以內(nèi)，焊縫間隙在2～3mm之間，其目的是保證埋弧自動(dòng)焊反面焊透成型。焊接前在儲(chǔ)罐內(nèi)側(cè)焊縫處進(jìn)行焊劑鋪設(shè)，在兩圈相鄰圈板的下面一圈圈板內(nèi)側(cè)上端離坡口30mm處點(diǎn)焊一圈與罐壁成45°～75°的100mm*4mm的襯墊（與罐壁材質(zhì)同），然后倒入烘焙過(guò)的焊劑HJ260直至完全覆蓋坡口。焊絲應(yīng)始終處于焊劑保護(hù)中，以確保焊接的成型和焊接質(zhì)量。在焊焊接過(guò)程中，由于各圈圈板的厚度不同，每道（層）的焊接參數(shù)有所不同。要及時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)及焊劑流量等。環(huán)縫焊接也同樣采用分段退焊法，由于埋弧自動(dòng)焊的焊接速度較快，所以埋弧自動(dòng)焊退焊長(zhǎng)度一般比焊條電弧焊退焊長(zhǎng)度大3～4倍。

5 焊接質(zhì)量與效率

5.1 檢驗(yàn)結(jié)果

儲(chǔ)罐本體焊縫經(jīng)RT檢測(cè)后，拍片總數(shù)為 563張，其中僅有5張返修片，一次合格率為99.1%。檢查數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，5臺(tái)不銹鋼儲(chǔ)罐的焊后幾何尺寸檢查均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.2 生產(chǎn)效率

不銹鋼自動(dòng)焊與焊條電弧焊的比較：以2臺(tái)10000m3為例，儲(chǔ)罐直徑30.4m；周長(zhǎng)約95.5m。每圈環(huán)縫焊接，按常規(guī)手工焊需要安排10～12名焊工；而采用四臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)焊接，每臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)只需安排一名焊工（共4名）。同等施焊條件下，自動(dòng)焊功效是焊條電弧焊的3～4倍。

5.3 焊接質(zhì)量

埋弧自動(dòng)焊焊接只要措施得當(dāng)，焊接工藝參數(shù)選擇正確，焊縫出現(xiàn)焊接缺陷的可能性就會(huì)大大降低。由于埋弧自動(dòng)焊有焊劑保護(hù)，CO2氣體保護(hù)電弧燃燒穩(wěn)定，基本無(wú)飛濺。在焊劑、CO2氣體的保護(hù)下，焊縫成型均勻美觀。

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