李云福，徐 亮，黃金國，耿永豐

（合肥通用機械研究院，安徽合肥230031）

07MnMoVR鋼制4000 m3丙烯球罐制造與焊接

李云福，徐 亮，黃金國，耿永豐

（合肥通用機械研究院，安徽合肥230031）

介紹了07MnMoVR鋼制4 000 m3丙烯球罐的制造與焊接工藝。按照標準規(guī)范的要求制定了該球罐合理的制造、安裝技術(shù)條件，在球罐建造過程中按照制定的技術(shù)條件要求嚴格控制球罐的焊接質(zhì)量，確保了球罐的制造及安裝質(zhì)量。

07MnMoVR；球罐；焊接工藝；預(yù)組裝

0 前言

2011年某單位球罐區(qū)建設(shè)了8臺常溫儲存4 000 m3丙烯的球罐。4 000 m3超大型丙烯球罐為國內(nèi)首次建造，無論是設(shè)計還是工廠制造、現(xiàn)場安裝、組焊、檢驗等難度都較大。為滿足高參數(shù)球形儲罐的應(yīng)用需求[1]，該球罐采用應(yīng)力分析設(shè)計方法設(shè)計，球罐球殼的材料選用07MnMoVR鋼。本研究闡述了該球罐的制造與安裝焊接工藝，并按照球罐的制造與安裝技術(shù)條件的要求進行球罐焊接質(zhì)量檢驗和控制，確保了球罐的制造及安裝質(zhì)量。

1 球罐執(zhí)行標準及主要參數(shù)

按照國內(nèi)球罐標準GB12337-1998《鋼制球形儲罐》及GB5004-2010《球形儲罐施工規(guī)范》的規(guī)定[2]，編制了4 000 m3丙烯球罐制造和安裝技術(shù)條件。4 000 m3丙烯球罐主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。該球罐的設(shè)計結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

表1 球罐主要技術(shù)參數(shù)

圖1 4 000 m3丙烯球罐的結(jié)構(gòu)形式

2 球罐主體材料及性能分析

2.107MnMoVR鋼板與08MnNiMoVD鍛件

4 000 m3球罐球殼采用07MnMoVR鋼板，鍛件采用08MnNiMoVD低溫鍛件，其中人孔凸緣及人孔法蘭級別為Ⅳ級鍛件，其余鍛件級別為Ⅲ級。按照技術(shù)條件要求，球殼用07MnMoVR鋼板的化學(xué)成分（熔煉分析）在滿足文獻[3]的前提下，還應(yīng)保證w（P）≤0.015%、w（S）≤0.008%、鋼板-20℃沖擊功吸收功（平均值）≥100 J。鋼板應(yīng)按標準[3]規(guī)定逐張進行100%超聲檢測，檢測要求為Ⅰ級合格，且鋼板應(yīng)逐張進行厚度檢測，每張鋼板的測量部位不少于9處，鋼板允許的負偏差為0.30 mm。鍛件化學(xué)成分（熔煉分析）在滿足標準[4]要求的前提下，還應(yīng)保證w（P）≤0.015%、w（S）≤0.008%、鍛件-40℃沖擊功吸收功（平均值）≥60 J。制造單位按照技術(shù)要對鋼板、鍛件進行化學(xué)成分復(fù)驗，逐張、逐件進行超生檢測及力學(xué)性能復(fù)驗[5]。經(jīng)檢驗所有鋼板、鍛件的合金元素化學(xué)成分含量均在標準規(guī)定的范圍內(nèi)；鋼板超聲檢測均達到Ⅰ級，雜質(zhì)元素S、P含量均滿足要求，-20℃沖擊功吸收功（平均值）均遠高于100 J，鋼板厚度允許負偏差最大為0.1 mm。鋼板和鍛件的力學(xué)性能復(fù)驗結(jié)果統(tǒng)計分別見表2和表3。

2.2 J607RH焊條

球罐主體焊接采用與07MnMoVR鋼板相匹配的J607RH焊條。焊條熔敷金屬的化學(xué)成分雜質(zhì)含量應(yīng)保證w（P）≤0.015%、w（S）≤0.008%；其-50℃沖擊功吸收功（平均值）≥54 J；J607RH焊條的熔敷金屬擴散氫含量[H]采用水銀法進行測定[6]，測定值[H]≤5.0 mL/100 g為合格。焊條熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能（焊態(tài)）的復(fù)驗結(jié)果分別見表4和表5。焊條經(jīng)350℃～400℃烘干1 h后，焊條熔敷金屬擴散氫含量[H]的測定結(jié)果平均值為3.27 mL/100 g，符合技術(shù)條件[H]≤5.0 mL/100 g的要求。

表2 07MnMoVR鋼板力學(xué)性能統(tǒng)計

表3 08MnNiMoVD鍛件力學(xué)性能

表4 J607RH焊條熔敷金屬的化學(xué)成分%

表5 J607RH焊條熔敷金屬力學(xué)性能

3 球罐建造的質(zhì)量控制

3.1 球殼板幾何尺寸控制及檢驗

球罐制造單位壓制球殼板時，球殼板曲率允許偏差（e），應(yīng)采用弦長大于等于3 000 mm的樣板進行檢查；球殼板弦長小于3 000 mm時，樣板的弦長不得小于球殼板的弦長，球殼板曲率允差e，中間測點小于等于3 mm（距周邊坡口大于等于150 mm）、周邊測點小于等于2 mm。曲率檢查合格后再檢查球殼板幾何尺寸。對組焊上支柱的赤道板造成曲率超標的進行曲率校型直至滿足精度要求。球殼板幾何尺寸、坡口檢查見表6。由表6的檢測結(jié)果可知球殼板的幾何尺寸完全符合技術(shù)條件要求。

表6 球殼板曲率、幾何尺寸、坡口檢查結(jié)果

3.2 球罐的制造及安裝焊接工藝

合肥通用機械研究院前期針對07MnMoVR高強鋼進行了大量焊接性能試驗，在焊接該鋼時如采用大線能量焊接，易生成奧氏體晶粒粗化以及上貝氏體，從而導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)的脆化，致使其焊接接頭沖擊韌性急劇下降。因此在組焊47 mm的07MnMoVR球殼板時，在確保其不產(chǎn)生冷裂紋的前提下，應(yīng)采用較低的焊接線能量進行施焊，以確其焊接接頭的強度和沖擊韌性滿足技術(shù)條件的要求。

制造及安裝單位按照制造及安裝技術(shù)條件的要求對07MnMoVR鋼分別進行了立焊、橫焊、平焊+仰焊三種位置的焊接工藝評定，根據(jù)合格的焊接工藝評定報告確定該鋼的焊接工藝規(guī)范為預(yù)熱溫度不低于125℃、層間溫度125℃～180℃，焊后應(yīng)立即進行（200～250）℃×1 h的消氫熱處理。J607RH低氫型藥皮焊條應(yīng)采用直流反接方式焊接，不同規(guī)格焊條采用的焊接電流應(yīng)符合表7的要求。

表7 不同規(guī)格焊條采用的焊接電流

球罐施焊時，應(yīng)采用窄焊道、薄層多層焊，每一焊道寬度不大于焊芯直徑的5倍，每一層焊道的厚度不超過4.0 mm。球罐不同位置的焊接線能要求如表8所示。

表8 各位置焊接線能量

3.3 球罐組焊質(zhì)量控制

J607RH高韌性低氫型焊條施焊前須經(jīng)350℃～400℃保溫1 h的烘干處理，然后置于100℃～150℃恒溫箱內(nèi)，并檢查確認焊條藥皮無剝落和裂紋。焊工施焊時應(yīng)使用焊條保溫筒，保溫筒內(nèi)的焊條須在4 h內(nèi)用完，否則應(yīng)重新烘干，但烘干次數(shù)不應(yīng)超過兩次。焊前需清除坡口兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)的氧化皮、水銹、油污及灰塵等，焊接過程中預(yù)熱溫度和層間溫度嚴格控制在125℃～180℃范圍內(nèi)，焊后消氫處理溫度嚴格控制在200℃～250℃，焊接線能量嚴格控制在30 kJ/cm，焊道厚度不超過3.5 mm、寬度不超過16 mm。外側(cè)焊接完畢、內(nèi)壁清根打磨后進行滲透檢測，結(jié)果全部符合文獻[4]規(guī)定的Ⅰ級要求。

3.4 球罐組焊后質(zhì)量檢查

為避免球罐焊后焊接接頭應(yīng)力集中現(xiàn)象，球罐組焊后應(yīng)對其焊縫余高進行打磨，焊縫表面應(yīng)打磨至與母材圓滑過渡，并清除焊縫的表面缺陷，打磨后球罐外表面焊縫的余高應(yīng)控制在0～1.5 mm范圍內(nèi)。對打磨后球罐的幾何尺寸及焊縫棱角度和焊縫余高進行了檢測，檢測結(jié)果見表9。由表9可知，球殼板焊后進行幾何尺寸均符合技術(shù)條件的要求。按照JB/T4730-2005的要求[4]對球罐主體焊縫進行了100%射線檢測和超聲檢測，拍片共計18 448張，一次合格17 953張，一次合格率97.32%（其中Ⅰ級片12 355張、Ⅱ級片5 598張），返修495張，主要缺陷為夾渣和氣孔，無裂紋，返修1次均合格，超聲檢測均為Ⅰ級。此外對球罐所有焊縫表面、球殼定位塊清除后的焊跡等部位進行了100%磁粉檢測，檢測結(jié)果均符合JB/T4730.4-2005的Ⅰ級要求。

表9 球罐組焊后幾何尺寸檢測結(jié)果mm

3.5 球罐產(chǎn)品試件力學(xué)性能

球罐的焊接試板均按照NB/T47014-2011和NB/T47016-2011的要求采用與球罐極中板同爐號、同熱處理狀態(tài)、同厚度的07MnMoVR鋼板與08MnNiMoVD鍛板焊接制作[7-8]，每臺球罐均需制備產(chǎn)品焊接試板，其焊接工藝與球罐現(xiàn)場焊接工藝規(guī)范要求一致。焊接線能量控制在20～45 kJ/cm，試板焊后模擬熱處理采用與現(xiàn)場球罐焊后整體熱處理工藝（570±20℃×2 h）相同的工藝。試板力學(xué)性能技術(shù)要求及試驗結(jié)果分別見表10和表11。拉伸試驗斷裂位置均在焊縫上。按D=4a、α=180°進行側(cè)彎試驗，結(jié)果均合格。由表11可知，該8臺球罐的力學(xué)性能試驗結(jié)果均符合技術(shù)標準要求。

表10 焊接試板力學(xué)性能技術(shù)要求

表11 8臺丙烯產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗結(jié)果

4 結(jié)論

07MnMoVR鋼具有良好的焊接性能，制造單位嚴格控制原材料的采購和復(fù)驗，球片壓制嚴格控制曲率和幾何尺寸，零部件組焊和產(chǎn)品最終檢驗等環(huán)節(jié)嚴格把關(guān)。安裝單位現(xiàn)場組焊時嚴格控制施焊時的預(yù)熱溫度、層間溫度及焊接線能量等焊接工藝參數(shù)，保證了焊縫及熱影響區(qū)具備足夠的塑性和韌性；球罐焊后幾何尺寸檢查結(jié)果符合技術(shù)要求；球罐產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能、彎曲性能及沖擊韌性均滿足設(shè)計技術(shù)文件和相關(guān)國家標準的要求，

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Manufacture and welding procedure for 07MnMoVR steel 4 000 m3propylene spherical tank

LI Yunfu，XU Liang，HUANG Jinguo，GENG Yongfeng
（Hefei General Machinery Research Institute，Hefei 230031，China）

The manufacture and welding procedure of 4 000 m3Propylene spherical tank using 07MnMoVR steel were presented. According to establish the appropriate manufacturer and installation technical condition，strictly control the quality of construction and welding.Thus the installation quality of tank was well ensured.

07MnMoVR；spherical tank；welding procedure；pre-assembly

TG446

：A

1001-2303（2015）09-0133-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.29

2015-03-16；

2015-06-20

李云福（1963—），男，上海人，教授級高工，主要從事壓力容器設(shè)計、制造、安裝、工程建設(shè)等相關(guān)工作。