3萬立方米儲罐自動焊接方法的應用

王戰民

(中國石化南陽油田監理公司，河南南陽 473000)

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

1.焊接方式

儲罐焊接方法有兩種，一是電弧焊，二是電弧焊+自動焊接方法。工程開始前，對這兩種方法進行了分析：手工電弧焊雖然比較方便，但需要大量焊工多點焊接，高空作業比較多，安全隱患多而效率低，焊接質量因個人技術和經驗難以保證，對于大型儲罐安裝費工費力。采用自動焊方法省工省力，減少焊工的投入，經濟合理、技術先進、安全適用、質量高。3萬立方米儲罐選用自動焊接方法，包括埋弧自動焊（橫焊、角焊）、氣電自動立焊等。

2底板搭接角焊縫焊接

2.1 埋弧焊設備

埋弧焊自動平焊機由小車行走機構、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行焊接，其焊接質量穩定，具有生產率高、弧光及煙塵少等優點，成為儲罐底板、角焊縫的主要焊接方法。

2.3 埋弧焊優點和缺點

（1）埋弧自動焊接生產效率高。

（2）熔渣隔絕空氣的保護效果好，焊接參數保持穩定，機械性能較好，焊縫質量高。

（3）現場勞動條件好，減輕焊工操作的勞動強度，沒有弧光輻射。

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

2.4 焊前和焊接過程的控制

（1）特種作業人員必須持證上崗，經考試合格后方可進場。

（2）進場的焊接設備性能良好，符合焊接工藝要求，并經檢驗合格后進場。

（3）焊接材料和焊劑必須提供質量證明文件。

（4）焊接前必須按照設計要求進行焊接工藝評定，編制焊接工藝規程，經施工單位技術負責人批準后實施。

（5）焊接前技術人員必須向施工人員進行技術交底，重點是焊接工藝規程的交底。

（6）焊接底板搭接角焊縫時必須采取防變形措施，埋弧自動焊接時產生的熱量大，搭接焊縫需要焊接兩遍成型后才能確保焊縫外觀質量、高度符合設計要求，為防止儲罐底板較大變形，用槽鋼順著焊縫兩邊對鋼板進行固定。焊接順序宜按先焊短焊縫、后焊長焊縫。兩臺設備焊接一條焊縫時，應從中間開始，向兩邊進行焊接。3萬立方米儲罐底板焊接后，底板局部沒有發生凹凸變形，符合《立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工規范》GB50128要求。

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

（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，應采用單面連續角焊接。

3.壁板環縫的埋弧橫焊

3.1 焊接設備

主要由焊接電源、機頭、焊劑輸送回收系統、焊劑托送機構、送絲機構、行走機構和行走框架組成。

3.2 工藝原理

單面埋弧自動橫焊，主要用于正裝法儲罐壁板環縫的焊接，其行走驅動機構安裝在行走框架的上部，以罐壁上邊緣為導向沿罐壁行走。單面多層多道焊接，壁板環縫單面焊接完成后，背面清根，再按工藝要求進行背面的焊接。

3.3 埋弧自動橫焊特點

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

（2）焊接速度快，用機器代替人工，生產成本低，減少高空作業風險。采用白天組裝壁板，晚上焊接連續作業方式，提高工作效率，縮短工期，減少經濟投入。在3萬立方米儲罐焊接中，平均一天一圈壁板。

（3）埋弧自動焊看不到弧光，有毒氣體量少，減少對人體健康職業病傷害。

（4）在清理內壁環焊縫時，采用專業清根隊伍，焊完后，一個小時內完成清根，工作效率高，打磨質量好，根本不會影響施工進度。

3.4 焊接順序

壁板單面埋弧焊自動橫焊，先焊接壁板外環縫，再焊接壁板內環縫。外壁板環縫焊接完成后，內壁板環縫處采用角磨機清根，保證內壁坡口，然后再將焊接設備移動到內壁，焊接內環縫。

3.5 焊前和焊接過程的控制

（1）儲罐壁板坡口加工必須按照焊接工藝規程執行；坡口表面及兩側各100mm油污、水、鐵銹等清除干凈。火焰加工坡口，應打磨表面氧化層。

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

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

（4）焊接前焊劑必須進行烘干，以免焊縫出現氣孔，確保焊接質量。

（5）焊接前，必須對壁板上水平度進行檢查、調整，統一標高，確保環焊縫在同一水平面上。

（6）焊接時焊槍角度應符合焊接工藝規程的要求，在下一層、道焊接前，應及時對前一層焊渣進行清除；層、道間焊接接頭至少要錯開50mm以上。

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

（8）焊接時宜多臺焊機沿壁板圓周對稱分布向同一方向焊接。

（9）埋弧自動橫焊進行焊接時焊縫宜出現氣孔和夾渣，主要是在焊縫的打底和填充面。影響氣孔的主要因素有:環境濕度、坡口尺寸、組裝質量、坡口及焊劑清理、清根和焊接速度快等情況。當焊接速度過快時，清根不徹底，會使焊縫出現咬邊、未熔合和氣孔等缺陷。焊接過程中應嚴格執行焊接工藝規程，控制焊接速度，避免不合格焊口出現，確保焊接質量。

4.壁板與底板之間大角縫焊接

4.1 焊接設備

儲罐內、外側大角縫先采用焊條電弧焊打底，再采用埋弧自動平角焊填充、蓋面。

4.2 焊接順序

儲罐倒裝法施工，在最后底圈壁板組焊完成后才能組對、焊接大角縫；儲罐正裝法施工，壁板至少應組裝、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側角焊縫，后焊接外側角焊縫。

4.3 焊前和焊接過程的控制

（1）焊接前，應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，設置的斜支撐，其尺寸可以通過埋弧自動平角焊機。

（2）內側大角焊縫應呈內凹形、平緩過渡，嚴禁咬邊存在。

5.壁板縱縫的氣電自動立焊

5.1 氣電自動立焊設備

氣電自動立焊設備主要由焊接小車、精密磁性導軌、電氣控制箱、擺動機構、焊槍以及水冷銅滑塊等組成，并配焊接電源、送絲機構、冷卻水循環裝置等。

5.2 工藝原理

焊接時，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 氣電自動立焊特點

（1）氣電自動立焊在儲罐建造中，主要用于壁板縱縫的焊接，焊接生產率較高，焊縫成型美觀，外觀質量好，能連續作業，節約焊材，成本低。

（2）焊接時產生煙塵少，焊后不產生工業垃圾，保證操作人員的職業健康，避免環境污染。

（3）氣電自動立焊存有局限性，僅能焊接壁板縱向焊縫，其余焊縫無法進行焊接。

（4）焊接方式不同，其焊接從下向上進行焊接，焊接中，焊縫兩邊都采用水冷銅滑塊成形法，采取冷卻措施，降低了焊接接頭產生熱量，減少焊接缺陷的概率，改變作業環境，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毫米范圍內油污；打磨表面硬化層，坡口表面及邊緣應平滑，不得有夾渣、分層及熔渣等缺陷。

（2）應嚴格控制壁板組對間隙，內側為4mm～6mm，外側為14mm～19mm，錯邊量不得大于1mm。

（3）縱縫下端100mm左右焊縫采用手工電弧焊焊接，然后開始氣電自動立式焊接。

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

6.結語

通過自動焊接方法在3萬立方米儲罐施工中的成功應用，有以下結論：

（1）采用手工電弧焊方法，單人焊接完成板厚24mm焊縫約8m/d，而采用自動焊方法時，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3萬立方米儲罐需投入人工約48人，而采用自動焊接方法，人工僅需15人，大大節約了人工成本，可以節約人工成本約30萬元。

（3）一臺3萬立方米儲罐按照手工電弧焊計算工期約為60d，而采用自動焊接方法，工期約45d，節約工期15d，縮短了施工工期，節約了時間成本。

（4）自動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，提高了焊縫質量，經第三方無損檢測，合格率達到98.8%。

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

（6）儲罐的焊接工作量大，自動焊接設備有氣電自動立式焊接、焊條電弧焊、埋弧自動橫焊、埋弧自動平焊機、埋弧自動平角焊機，所需的焊接設備和機具較多，有些設備較大，運輸和安裝比較煩瑣，需要進一步研究新的自動焊接設備解決這些問題。

自動焊接方法具有先進合理、工藝穩定、操作簡便、綜合成本低、有效地降低施工安全風險等特點，有明顯的經濟和社會效益。