淺談球形儲(chǔ)罐的焊接施工管理

張 海

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司 甲醇制烯烴項(xiàng)目籌建處，寧夏 靈武 750411）

由于球形儲(chǔ)罐受力均勻，表面積較小，承載能力較大，球罐在石油化工中被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)存液化烴類(lèi)物料，正是由于液化烴物料危險(xiǎn)性較高，球罐安裝質(zhì)量備受關(guān)注，而球罐的施工管理關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)之一是對(duì)焊接質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)。

神華寧煤集團(tuán)甲醇制烯烴項(xiàng)目產(chǎn)品罐區(qū)球罐中主要應(yīng)用的球殼板材質(zhì)有 Q370R（15MnNbR）和 07MnNiMoVDR，由于 Q370R材質(zhì)的球罐工程應(yīng)用較多，本次主要對(duì)國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)鋼07MnNiMoVDR球罐的焊接質(zhì)量控制進(jìn)行說(shuō)明。

1 焊前準(zhǔn)備

1.1 從事球罐焊接的電焊工必須經(jīng)過(guò)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒發(fā)的《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》的相應(yīng)項(xiàng)目考試合格，取得勞動(dòng)部門(mén)頒發(fā)的焊工合格證，方可有資格從事球罐焊接。本項(xiàng)目的電焊工在施工現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)按神華寧煤要求重新進(jìn)行焊接考試，考試材料為球罐同等材料，焊接合格者發(fā)放項(xiàng)目焊工合格證，方可從事本項(xiàng)目球罐焊接。還應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖及安裝技術(shù)條件要求，及NB/T 47014-2011(JB/T 4708)《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》和NB/T47015-2011(JB/T 4709)《壓力容器焊接規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求制定焊接工藝評(píng)定，現(xiàn)場(chǎng)焊接工程師以此為依據(jù),編制焊接工藝卡，向電焊工進(jìn)行技術(shù)交底。

1.2 焊接前的球殼板組對(duì)間隙必須符合設(shè)計(jì)圖紙和GB50094-2010《球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范》要求，定位焊縫長(zhǎng)度應(yīng)在50mm以上，其引弧、熄弧點(diǎn)應(yīng)在坡口內(nèi)，工卡具的焊接、引弧點(diǎn)和熄弧點(diǎn)應(yīng)在工卡具焊道上，嚴(yán)禁在非焊接位置任意引弧和熄弧。工卡具拆除時(shí)，不得損傷球殼板，并應(yīng)打磨后進(jìn)行滲透檢測(cè)，確保無(wú)裂紋等缺陷。

1.3 焊接前應(yīng)檢查坡口并清除坡口表面和兩側(cè)至少20mm范圍內(nèi)的鐵銹、水分、油污和灰塵。

2 焊材管理

焊接材料應(yīng)確保焊接接頭的低溫韌性、機(jī)械性能及化學(xué)成分，且應(yīng)滿(mǎn)足球罐的設(shè)計(jì)要求。為保證焊接質(zhì)量，本次球罐選用的焊材為日本進(jìn)口LB-65L焊條，焊條藥皮類(lèi)型屬超低氫型，焊接采用直流電源，接正極，且適用于全位置焊接，焊條還應(yīng)該符合NB/T47018-2011中有關(guān)采用境外焊接材料的規(guī)定。

2.1 焊條要具有質(zhì)量合格的證明書(shū)，并按質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊條進(jìn)行驗(yàn)收，還應(yīng)采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)按爐批號(hào)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合《球罐安裝技術(shù)條件》中的相關(guān)要求。特別要重點(diǎn)關(guān)注焊條熔敷金屬擴(kuò)散氫含量，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量的測(cè)定按GB/T 3965規(guī)定要求測(cè)試，環(huán)境溫度20℃以下，相對(duì)濕度20%以下，對(duì)直徑4mm焊條進(jìn)行測(cè)定，焊接電流：145±5Amp，以色譜法進(jìn)行測(cè)定，[H]≤5.0ml/100g或以甘油法進(jìn)行測(cè)定，[H]≤3.0ml/100g為合格。

2.2 焊條應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)保管、烘培、發(fā)放、回收，并作好有關(guān)記錄；烘培溫度應(yīng)按設(shè)計(jì)文件和產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的規(guī)定執(zhí)行，LB-65L焊條，烘培溫度為350～400℃恒溫1～2小時(shí)然后置于100～150℃恒溫箱內(nèi)，隨用隨取。

2.3 焊工應(yīng)配備性能良好的保溫筒，從保溫筒內(nèi)取用焊條一次不宜超過(guò)二根，焊條在保溫筒內(nèi)不宜超過(guò)4小時(shí)，超過(guò)后應(yīng)重新烘焙（溫度400℃），但重復(fù)烘焙次數(shù)不應(yīng)超過(guò)二次，烘焙超過(guò)二次的焊條不得用于球殼板和受壓元件的焊接。

2.4 回收后的焊條要妥善保管，嚴(yán)禁混用，不同牌號(hào)的焊條，應(yīng)嚴(yán)格分開(kāi)烘焙保管。生銹、受潮的焊條不得用于球罐焊接。

3 焊接過(guò)程控制

3.1 焊前預(yù)熱溫度應(yīng)不低于80℃。預(yù)熱應(yīng)均勻，預(yù)熱寬度應(yīng)為焊縫中心兩側(cè)各取3倍板厚、且不少于120mm，預(yù)熱溫度應(yīng)距坡口邊緣不超過(guò)50mm的距離處對(duì)稱(chēng)測(cè)量，每條焊縫測(cè)點(diǎn)不少于三對(duì)。

3.2 焊接順序：赤道帶縱縫→溫帶縱縫→上、下極帶邊板縱縫→赤道帶與上、下極帶邊板環(huán)縫→下、上極板縱縫→下、上極板方環(huán)縫。

3.3 先焊外部大坡口，然后在內(nèi)側(cè)碳弧氣刨清根、打磨，經(jīng)外觀及滲透檢查合格后，并清理干凈小坡口內(nèi)殘液、污物，預(yù)熱后再進(jìn)行小坡口焊接。

3.4 焊接工藝

LB-65L焊條應(yīng)采用直流電源，可進(jìn)行全位置焊接，不同規(guī)格焊條所采用的焊接電流推薦值如下表：

表1

應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線能量不超過(guò)35KJ/cm，不同位置下焊接線能量如下表。施焊時(shí)，未控制線能量，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4倍，每一層焊道的厚度不超過(guò)3.5mm。

表2

3.5 焊接引弧必須在坡口內(nèi)進(jìn)行，不準(zhǔn)在球殼表面（或非焊接處起弧）打火或引弧；注意防止弧坑裂紋，起弧焊條后退，收弧填滿(mǎn)弧坑，并在弧坑未冷卻時(shí)再次起弧。每條焊縫應(yīng)連續(xù)焊完，若因故中斷施焊，再次施焊前應(yīng)檢查原焊道確認(rèn)無(wú)裂紋，并進(jìn)行后熱消氫后，再行施焊。

3.6 施焊時(shí)要求對(duì)稱(chēng)施焊，每層焊道完后，應(yīng)將焊瘤打磨至與焊層齊平后，方可進(jìn)行下層焊道的焊接。縱焊縫焊道應(yīng)焊至相交環(huán)縫中部，環(huán)縫焊接時(shí)再行鏟除，Y形焊縫要避免在三條焊縫交接處收弧、起弧，采取更換施焊方向的辦法，防止接頭重疊，嚴(yán)格按焊接工藝卡要求執(zhí)行。

3.7 焊接過(guò)程中要控制焊接角變形，角變形可采取以下辦法：

（1）利用工卡具防止角變形；

（2）利用龍門(mén)板防止角變形；

（3）兩面交叉焊控制角變形；

（4）調(diào)整線能量控制角變形。

3.8 球罐焊縫的后熱消氫處理應(yīng)在焊后立即進(jìn)行；后熱溫度為200℃-250℃保溫度1小時(shí)，加熱范圍、溫度測(cè)量等要求與預(yù)熱相同。

3.9 球罐焊接多為多道焊，后焊的焊道相當(dāng)于對(duì)前移焊道起到保溫、緩冷與正火的作用，對(duì)消除前一焊道的焊接（殘余）應(yīng)力、細(xì)化晶粒是有益的。余高相當(dāng)于對(duì)最外一層強(qiáng)度焊道起到了保溫、緩冷與正火的作用，因此余高是有用的，它是焊接工藝的需要。因此本項(xiàng)目要求球殼板全部對(duì)接焊縫內(nèi)、外表面均應(yīng)采用回火焊道法進(jìn)行施焊。但余高的存在破壞了焊縫表面幾何形狀的連續(xù)性，會(huì)因外形突變產(chǎn)生附加彎矩，造成較高的局部應(yīng)力，為了避免產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，焊縫焊接完畢的全部焊縫表面須采用砂輪打磨消除焊波。球殼外表面焊縫余高應(yīng)為0～1.0mm，球殼內(nèi)表面焊縫余高應(yīng)為0～0.5mm，但不得低于母材；對(duì)接焊縫應(yīng)打磨至與母材圓滑過(guò)渡，焊縫表面不應(yīng)有急劇的形狀變化，角焊縫應(yīng)與母材呈圓滑過(guò)渡。

4 結(jié)束語(yǔ)

球罐的焊接施工時(shí)很關(guān)鍵的施工過(guò)程，為獲得優(yōu)質(zhì)可靠地焊縫，要嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，抓好焊接過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)。

[1]GB 50094-2010 球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范[S].

[2]NB/T 47015-2011(JB/T 4709)壓力容器焊接規(guī)程[S].

[3]李蘇紅，王振龍.球形儲(chǔ)罐焊接角變形的控制[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2003（4）.