报出100000m3储罐底板焊接变形控制(好)

大型储罐底板碎焊丝埋弧自动焊工艺控制变形工法编制人：罗西牧钟存碧申报单位：四川省化工建设总公司申报时间：二00九年十一月十一日大型储罐底板碎焊丝埋弧自动焊工艺控制变形工法四川省化工建设总公司编写人：罗西牧、钟存碧一、前言随着石油、化工行业的快速发展，大型储罐作为储存危险介质的化工设备，已被广泛应用。为确保大型储罐的可靠、安全运行，其现场制造过程中的质量控制是一项重要工作。在大型储罐现场制造过程中，底板容易变形并且变形很大，而底板的焊接质量在很大程度上决定了储罐的使用寿命及在用状态。因此，大型储罐底板现场焊接及变形控制是保证储罐整体施工质量的关键环节。我公司采用合理的焊接方法、合理的焊接顺序和防变形措施，可以有效地避免应力集中，提高罐底施工质量和施工进度。我公司承接的中海石油炼化有限公司惠州分公司中海油惠州炼油项目马鞭洲原油库区共6台50000m3储罐，通过采用合理的焊接方法、焊接顺序及行之有效的防变形措施，使罐底板的焊接质量得到了有效控制，圆满地完成了施工任务，并得到了建设单位的好评。该工法内容已于2006年11月在《安装》杂志上发表。2工法特点本工法具有技术先进，设备简单，实用性强的特点。在大型储罐现场制作安装工程中能进行各种材质的焊接施工，并能有效地控制底板的焊接变形和获得良好的焊接质量。3适用范围大型储罐底板现场制作安装的焊接施工。4工艺原理在大型储罐底板的焊接中，焊缝在加热和冷却过程中的纵向与横向收缩很容易引起底板变形。焊后引起底板最大变形的还有就是焊接壁板与底板连接的双面角焊缝，其焊后周边缩短，如不能自由收缩，就会造成底板较大的变形。因此，明确产生变形的主要原因后，正确地进行装配，选择合适的焊接方法，并采用合理的焊接顺序和配合得当的防变形措施，实行全过程的质量控制，使人、机、料、法各因素均处于良好的受控状态，就能有效地防止和控制焊接变形。从而保证罐底的焊接质量。5施工工艺流程及操作要点5.1焊接施工工艺流程焊接施工流程图焊缝无损探伤制作工具卡具铺设底板施焊焊接施工准备焊接工艺评定编制焊接施工方案及焊接工艺卡焊缝外观检验校正底板返工焊工考试下料、坡口制作5.2操作要点5.2.1罐底板的焊接原则：在罐底板的焊接过程中，应始终遵循以下的焊接原则：先焊短焊缝，后焊中长焊缝，然后焊接通长焊缝，预留收缩缝，待罐底大角焊缝焊接完毕再进行收缩缝的焊接。5.2.2罐底板的焊接顺序：由于排板时中幅板由中心向四周对称排列，因此，焊接时应由中心向四周对称焊接，采用分段退焊或跳焊，焊接时焊工和焊机均匀分布，等速、等参数同步施焊。5.2.3焊接方法：底板采用手工焊条电弧焊打底,埋弧自动焊填充盖面的焊接方法。焊接施工中手工焊条电弧焊打底后，考虑到埋弧焊热输入量过大不利于变形控制，因此对埋弧自动焊工艺采用添加直径为φ1*1mm碎焊丝，可减少焊接层数减少热输入，从而减少焊接变形。采用碎焊丝埋弧自动焊时焊件变形小，这是由于碎焊丝在熔化时吸收了大量热能，从而降低熔池温度，减小焊缝热影响区的宽度。而且利用碎焊丝埋弧自动焊时，焊缝接头断面为同时整体受热，其横向收缩基本不会影响焊件变形。这对焊接线能量有特别要求和对工件变形要求特别控制的大型储罐底板焊接尤为重要。另外，采用碎焊丝埋弧自动焊还能够极大提高焊缝熔敷率。5.2.4焊接工艺评定在罐底板施焊前，根据底板材质选择焊接材料，采用与罐底板材质和厚度相同的板材进行焊接性试验，并进行焊接工艺评定。试验前焊接资料整理拟定与工程施工实际相同的焊接方案，评定原则、要求、方法均按JB4708-2000和GB50128-2005要求执行。5.2.5焊工资格根据合格的焊接工艺评定所提供的工艺参数，对焊工进行考试，按相关标准取得合格证后才能参加焊接工作。5.2.6合理的排板图1罐底排板如上图1所示，罐底由中幅板和边缘板组成。排板从中心向四周对称铺设。5.2.7底板的焊接1、罐底焊接方法及添加碎焊丝埋弧焊工艺表一罐底板焊接方法61234781249531111注：1、焊接顺序2、为边缘板与罐壁板大角焊缝3、为边缘板与中幅板焊缝图6.3焊接顺序示意图113101334343454444544411221111221221母材焊接方法Q345R+Q345R手工电弧焊埋弧自动焊Q345R+Q235-B手工电弧焊埋弧自动焊Q235-B+Q235-B手工电弧焊埋弧自动焊2、添加碎焊丝埋弧焊工艺焊接材料根据底板材质和已合格的焊接工艺评定进行选择。我公司在中海油惠州炼油项目马鞭洲原油库区的6台50000m3储罐，其底板材质为：中幅板Q235-B，厚度10mm，边缘板Q345R，厚度为16mm，接头形式为对接。罐底中幅板接头形式图罐底板与中幅板的接头形式图中幅板焊接工艺参数如下：层-道焊接方法填充材料焊接电流电弧电压焊接速度牌号直径极性电流（A）（V）（cm/min）1/1SMAWE4315Φ3.2mm直流反接130~14523~269-122/1SAWH08MnAΦ4.0mm直流正接550~57035~3737-39碎丝H08AΦ1×1mmHJ4315.2.8罐底板的组对与焊接1、罐底中幅板的组对与焊接:1）中幅板的铺设由罐底中心分成四个对称的90°扇形面向外铺设，先铺廊板，后铺带板，边铺设边调整对口间隙，必要时可点焊固定；2）中幅板铺设时，考虑到中幅板焊接的收缩，小板与边缘板对接环形收缩缝处的小板应长出100㎜,待边缘板对接缝及中幅板对接缝焊接完毕后再切割组对环形收缩缝；3）中幅板组对的点固焊应在坡口内进行,点固焊位置如图2(a)所示,只能点焊坡口一侧的底板和垫板,另一侧不得点焊固定；点焊长度50㎜以上,间距300㎜。4）带板及廊板组对的定位采用图2(b)所示的150㎜×80㎜×6㎜的定位板单侧点焊固定,该定位板在相应的中幅板焊接前应全部拆除；带板垫板点固焊廊板带板(a)带板点固焊位置(b)带板与廊板组对的定位图2中幅板组对、定位5）中幅板的焊接分四个对称的90°扇形区同时安排四个焊接小组对称施焊；焊接时，先焊短焊缝、后焊长焊缝,并由罐底中心向外施焊；6）中幅板带板对接长焊缝的打底层手工焊条电弧焊采用分段退焊或跳焊法,分段间距为400㎜,每条焊缝由两名焊工从中间向两端对称施焊,填充、盖面层埋弧自动焊由焊缝中间分成两段分别向两端施焊；带板与廊板T形接头部位留300㎜距离的带板对接缝先不焊,在廊板与带板对接缝焊接前采用手工电弧焊施焊；7）廊板对接短缝的焊接方法同带板对接缝一样；8）距边缘板2000㎜范围内的中幅板焊缝暂留不焊接,待中幅板焊缝焊完并与边缘板组对好后再焊接；9）为防止焊接时引起的钢板端部变形,采用图6所示的焊接反变形龙门夹具对T形接头部位在焊接前进行6～8㎜的反变形,反变形夹具的布置如图3(a)所示.10）考虑带板焊接时因焊缝纵向收缩及角变形引起的波浪变形,焊接前分别在所焊焊缝两侧的带板上布置I25工字钢作为背杠对带板进行钢性固定,布置方法如图3(b)所示.11）廊板两侧与带板长焊缝焊接前,必须在距焊缝180㎜～200㎜的带板一侧布置I25工字钢作背杠进行钢性固定,如图3(c).80mm(a)T形接头反变形夹具布置斜铁500I250*250单马(b)带板焊接防变形背杠的安装500单马斜铁I250*250(c)廊板两侧对接焊缝焊接防变形背杠的安装图3罐底中幅板防变形措施2、罐底边缘板的组对与焊接:1）罐底边缘板下料时考虑到焊接收缩量，将边缘板外径适当放大。2）边缘板的组对可采用图4所示的键板夹具固定和调节坡口间隙、错边量等；边缘板垫板边缘板夹具斜铁图4边缘板的组对夹具3）边缘板组对点固焊位置的确定:点固焊必须在坡口内进行,并且只能点焊坡口内的固定一侧的垫板和边缘板,另一侧不得进行点固焊,点焊一侧的选择根据边缘板内侧环形垫板T形接头组对情况确定,原则上不得将环形垫板连接成一体,确保环形垫板在边缘板对接缝焊接时的自由伸缩,其点焊位置如图5所示；点固焊焊完的垫板对接焊缝不焊接的垫板连接缝增设小垫板辅助垫板环形垫板边缘板垫板边缘板垫板点固焊环型垫板图5边缘板对接点固焊位置4）边缘板焊接前,为减少对接焊缝的角变形,在组对点固焊后,将组对键板夹具更换成图6所示的焊接反变形龙门夹具,并通过锤击反变形龙门夹具的斜铁预作6～8㎜的焊接反变形;点焊位置边缘板边缘板AA----大龙门板B----小龙门板C----斜铁垫板BBACC图6焊接反变形龙门夹具5）焊接时先焊自边缘板外侧向内400㎜的对接缝，焊工均布在罐底边缘板外侧的整个圆周上同时对称施焊，隔一条缝焊接一条，焊接时,自边缘板外侧向内600㎜的坡口内引弧，然后采用退焊法向边缘板外侧施焊，起弧位置的层间接头应错开50㎜以上,如图7；边缘板壁板图7边缘板外侧600mm对接缝的焊接6）边缘板剩余的对接焊缝在罐底与罐壁的大角缝焊完后且在收缩缝焊接前施焊，焊接时仍由多名焊工均布同时采用退焊法由400㎜焊缝接头处向内侧施焊；7）边缘板内侧T形接头部位应先将边缘板对接缝焊至边缘板与中幅板之间的收缩缝坡口内，并清除收缩缝坡口后再进行收缩缝焊接，不得在T形缝交叉部位引弧或熄弧，如图8。打磨清除后焊接收缩缝图8T形接头部位的焊接3、边缘板与中幅板对接收缩缝的组对、焊接:1）收缩缝焊接前,应先将边缘板对接缝及中幅板小板对接缝焊至收缩缝坡口内,并打磨清除坡口内的焊肉；2）收缩缝的焊接采用手工焊条电弧焊,由多名焊工均匀分布在收缩缝上同一方向对称分段退焊,填充、盖面采用埋弧自动焊，由四台焊机对称分布沿同一方向进行。5.2.9罐壁与罐底大角焊缝的焊接:1、罐壁与罐底大角焊缝的焊接,在第一圈、第二圈壁板纵、环缝组焊完毕后进行,采用手工电弧焊，由多名焊工对称均匀分布,沿罐内、罐外同一方向同一工艺参数同时采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接。2、为防止角焊缝内侧焊接时产生的焊接变形,焊接前在内侧采用背杠进行刚性固定,支撑的部距不得大于1200㎜,并且不得防碍焊接过程的施工,该支撑必须在罐底收缩缝焊完后方可拆除；6使用材料、设备及工具6.1钢板：应具有制造厂的出厂合格证和质量证明书。6.2焊接材料焊接材料根据底板材质进行选择，焊接前进行工艺性试验和焊接工艺评定。6.3焊接设备6.3.1主要施工机具如下表2按两台储罐同时施工，应配备的主要机具设备见下表2：表2主要机具设备表序号机具名称规格型号单位数量备注1半自动切割机台42摇臂钻床φ32台23轮胎式汽车吊50t台24轮胎式汽车吊25t台35汽车15t台26汽车8t台27汽车5t台28逆变电焊机ZX7-400台189埋弧自动焊ZD5-1000台410焊条烘烤箱YHC8-80台411焊条恒温箱FN202-2台412磁粉探伤机DCE--C台215真空泵0.01~0.1Mpa台416千斤顶YQ-30台517千斤顶YQ-16台1618千斤顶YQ-10台1019倒链10t台2420倒链5t台2021手把砂轮机φ100~150台4022吸尘器台423经纬仪T2台224水准仪DS3台225抽水泵台226微型发电机组427干湿温度计个328风速计个129温度计个330表面温度计台26.3.2焊接夹具现场制作防变形卡具夹具。7质量控制7.1质量控制标准：7.1.1储罐的检查和验收根据GB50128-2005《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》及设计要求进行最后的检查和验收。7.1.2罐底焊接后，其局部凹凸变形的深度不应大于变形长度的2%，且不应大于50mm。7.1.3罐底的严密性，应以充水试验过程中罐底无渗漏为合格。7.1.4罐底边缘板应在两侧（坡口边）各100mm范围内进行超声波检查，以III级为合格标准，并应在坡口表面进行磁粉或渗透探伤。7.1.5罐底边缘板对接焊缝在根部焊道完毕后，应进行渗透探伤，在最后一遍焊接完毕后，应进行渗透探伤或磁粉探伤。7.1.6罐底边缘板的对接焊缝外侧300mm范围内应进行射线探伤。罐底板三层钢板重叠部位的搭接接头的根部焊道焊完后，在沿三个方向各200mm范围内，应进行渗透探伤，全部焊完后，应进行渗透探伤。7.2焊接质量控制措施：防止大型储罐底板焊接变形的总原则