大型儲罐自動(dòng)焊技術(shù)(大會三等獎(jiǎng)).doc

大型儲罐的自動(dòng)焊技術(shù)胡水清勝利油田技術(shù)檢測中心 摘要：本文介紹了大型儲罐施工過程中采用的新型的焊接設(shè)備和合理的焊接工藝，并對施工過程中出現(xiàn)的問題提出了解決辦法。關(guān)鍵詞：大型儲罐 焊接設(shè)備 焊接工藝前言：隨著我國石油石化工程建設(shè)的發(fā)展越來越多的大型儲罐投入使用，對施工工期和施工質(zhì)量要求也越來越高。大型儲罐的施工已由傳統(tǒng)的手動(dòng)、電動(dòng)葫蘆施工工藝發(fā)展到液壓起升施工工藝，焊接工藝已由手工焊向機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展。10000m3石腦油儲罐（內(nèi)浮頂罐）的施工運(yùn)用了液壓起升裝置和先進(jìn)的焊接設(shè)備。在罐底焊接、罐壁板的焊接中運(yùn)用了CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)全自動(dòng)氣電立焊、埋弧自動(dòng)橫焊等焊接方法和合理的焊接工藝，收到了良好的效果。1 罐底的排版與施焊工藝10000m3石腦油儲罐罐體直徑為27700mm，罐體總高為20506mm，罐底板為8-10mm，罐壁板為8-20mm。由于罐體直徑大，焊縫密集，罐底的施工重點(diǎn)是如何控制焊接變形量在允許的范圍內(nèi)。在合理排版的基礎(chǔ)上如何采用合理的焊接順序和焊接方法是控制焊接變形的關(guān)鍵所在。排版時(shí)采用完全對稱的排版方式，中幅板采用搭接、邊緣板采用帶墊板對接型式。由于焊縫多而密集，采用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊是最佳的焊接方法，焊絲采用ER50-6 1.2,焊接順序?yàn)?在預(yù)留通天十字縫的基礎(chǔ)上,先焊中幅板焊縫,焊接時(shí)由四名CO2氣體保焊工從中間向兩端對稱分段退焊,先焊縱向短縫,后焊橫向長縫, 預(yù)留的通天十字縫和邊緣板的焊接最后施焊。焊接順序示意圖如下所示：按如圖所示的焊接順序進(jìn)行焊接后不僅焊接變形量控制在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，而且焊接效率大大提高，與傳統(tǒng)的焊條電弧焊相比提高工效近三倍，并且大大降低了生產(chǎn)成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。2 罐壁板縱縫的焊接2.1 CO2氣體保護(hù)自動(dòng)立焊機(jī)設(shè)備介紹:罐壁板的縱縫我們采用了全自動(dòng)的CO2氣體保護(hù)立焊設(shè)備。CO2氣體保護(hù)自動(dòng)立焊機(jī)由焊接電源、自動(dòng)送絲機(jī)、焊接小車及軌道、供氣系統(tǒng)及操作室構(gòu)成。它分為兩個(gè)模塊：焊接電源模塊和操作室模塊，二者由電源電纜線和控制電纜線相聯(lián)。2.1.1焊接電源和送絲機(jī):選擇了林肯DC-400可控硅直流弧焊電源，該電源在CVI模式下對氣體保護(hù)焊的飛濺、流動(dòng)性和焊縫成形進(jìn)行了良好的控制，具有優(yōu)良的弧焊特性，送絲機(jī)選用了配套的LN9 GMA單主動(dòng)輪推絲式送絲機(jī)，該送絲機(jī)配合DC-400電源可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對電壓和電流的分別調(diào)節(jié)。LN-9 GMA半自動(dòng)送絲機(jī)IDEALARC DC-400 可控硅直流弧焊電源A 主驅(qū)動(dòng)器 B 控制面板 C 底座 D 擺動(dòng)器E 直線擺動(dòng)橫桿F 焊槍安裝組件 G 軌道 H 磁鐵 2.1.2焊接小車和軌道：焊接小車安裝在焊接軌道上，帶著焊槍沿罐壁上下運(yùn)動(dòng)。焊接小車核心部分是行走機(jī)構(gòu)和焊槍擺動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)通過和軌道上的齒條嚙合來帶動(dòng)焊接小車實(shí)現(xiàn)沿焊縫方向的運(yùn)動(dòng)。焊接過程中焊槍可按直線形、鋸齒形、矩形等波形擺動(dòng)，通過對其參數(shù)的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)各種擺動(dòng)方式，以滿足焊接的要求。軌道通過電磁鐵吸附在罐壁上是供焊接小車行走和定位的專用機(jī)構(gòu)。焊接小車配置了美國BUG-O公司的模塊化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，配置了MPD-1002主驅(qū)動(dòng)模塊、WPD-1000線性擺動(dòng)模塊、MDS-1005擺動(dòng)控制模塊和配套的焊槍姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。焊接小車及軌道安裝示意圖2.2 焊接工藝2.2.1 焊接材料10000m3儲罐罐壁板材質(zhì)為Q235，壁厚從8mm到20mm不等。焊材選用ER50-6焊絲，直徑為1.2mm。該焊絲經(jīng)過表面鍍銅防銹處理，具有飛濺少、抗裂性好等良好的焊接工藝性能，可進(jìn)行全位置焊接。2.2.2 工藝參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場施焊情況和設(shè)備狀況，我們進(jìn)行了焊接工藝評定，制定了合理的焊接工藝參數(shù)。其參數(shù)如下： CO2自動(dòng)立焊焊接工藝參數(shù)（=12mm）層次電流A電壓V焊接速度cm/min送絲速度m/min擺幅mm停留時(shí)間s擺動(dòng)速度mm/min焊絲干伸長mm氣體流量L/min1110-12018-2020-333.10-3.403-40.5150-20010-1520-252120-13018-2020-283.10-3.406-81.0150-20010-1520-253120-12518-208-113.10-3.4010-141.0150-20010-1520-252.2.3 施焊要點(diǎn)由于CO2氣體保護(hù)焊飛濺較大，很容易堵塞噴嘴，造成氮?dú)馊肭?，?yīng)該采用專用的P-3型噴嘴防堵劑以提高生產(chǎn)效率。b.合理的匹配各項(xiàng)參數(shù),以保證打底焊道成形均勻一致，并與兩側(cè)母材熔合良好，特別應(yīng)注意控制焊接速度和擺動(dòng)幅度一致。填充前，先清除打底焊道表面的飛濺，并用磨光機(jī)將局部突起的焊道磨平，應(yīng)保證填充焊道比壁板表面低2-3mm，焊接時(shí)不允許燒壞坡口的棱邊。2.3焊接輔助機(jī)具由于CO2氣體保護(hù)焊施焊時(shí)要求風(fēng)速應(yīng)該小于2m/s，在條件惡劣的施工現(xiàn)場必須進(jìn)行有效地防護(hù)方能正常施工。在儲罐立縫焊接過程中，我們設(shè)計(jì)了立焊機(jī)操作室。正常施工情況下，除了焊機(jī)電源之外的所有立焊機(jī)輔助設(shè)備都放置于操作室內(nèi)。每一圈立縫焊接前，由吊車把操作室安置在軌道上，每焊完一道立縫，操作室可以沿軌道自行移動(dòng)到下一道立縫處。這套立焊機(jī)操作室設(shè)計(jì)和應(yīng)用，完全排除風(fēng)對氣體保護(hù)的不利影響，而且大大簡化了每一道焊縫前的準(zhǔn)備工作，提高了施工效率。其結(jié)構(gòu)如下圖所示:3 罐壁板橫縫的焊接3.1焊接設(shè)備簡介:罐壁板采用了埋弧自動(dòng)橫焊機(jī),埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)由焊接電源、自動(dòng)送絲機(jī)、行走機(jī)架及行走控制箱、焊劑循環(huán)系統(tǒng)組成。3.1.1焊接電源埋弧自動(dòng)橫焊與手工焊、氣體保護(hù)焊等焊接方法相比，具有焊接電流大、熔融的鐵水容易下墜、焊縫成形不易控制等缺點(diǎn)。所以焊接時(shí)電流不超過600A。焊接電源選擇了林肯公司的IDEALARC DC-600可控硅多用途直流弧焊電源。實(shí)際操作時(shí)，電源放置于電源臺架內(nèi)。電源臺架采用微型集裝箱式結(jié)構(gòu)，主要是為了方便電源的吊裝及防雨而專門設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部配備了供行走機(jī)架和DC-600弧焊電源用電的配電柜，配電柜與機(jī)架及電源之間通過電纜連成一體。3.1.2 埋弧自動(dòng)送絲機(jī)選用適用于DC-600弧焊電源的NA-3N(S)自動(dòng)送絲機(jī)。埋弧焊機(jī)頭通過上下左右調(diào)節(jié)器安裝于機(jī)架升降調(diào)整機(jī)構(gòu)的橫梁上，經(jīng)焊接電纜及控制電纜與安裝于機(jī)架右側(cè)立柱的NA-3N(S)控制箱和DC-600相連，實(shí)現(xiàn)焊接電流及電壓的遠(yuǎn)程控制操作。操作者能夠利用上下左右調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)焊槍位置，使焊絲尖端始終位于焊道上。埋弧焊機(jī)自動(dòng)送絲機(jī)示意圖3.1.3焊劑循環(huán)系統(tǒng)焊劑循環(huán)系統(tǒng)采用吸壓式焊劑回收器。在焊接的同時(shí)，大功率的吸塵器將托帶上剩余的焊劑回收到焊劑桶中，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。3.1.4焊接行走機(jī)架焊接行走機(jī)架采用伸縮體結(jié)構(gòu)，機(jī)架整體外形呈長方體形，頂蓋上安裝有吸塵器和焊劑桶，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以與頂蓋或底板裝配，從而分別實(shí)現(xiàn)正裝和倒裝的焊接。倒裝時(shí)，應(yīng)該在罐基礎(chǔ)上鋪設(shè)專門的軌道以供機(jī)架行走。埋弧橫焊焊機(jī)機(jī)架安裝（倒裝）示意圖如圖所示：3.1.5行走控制裝置行走控制裝置由DV-700逆變器和相應(yīng)的控制繼電器組成，可以在02735mm/min內(nèi)無級調(diào)節(jié)機(jī)架的行走速度（即焊接速度）、方向并和送絲機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)引弧和熄弧。3.2 焊接工藝及應(yīng)注意的問題3.2.1 焊接材料的選用鑒于橫縫埋弧焊的特殊性，為了控制焊縫成形，我們選擇了SJ101焊劑,這種焊劑相對于熔煉焊劑具有焊道均勻、易脫渣且抗銹能力強(qiáng)等特點(diǎn)，采用直流反接可形成熔深大、熔寬較小的焊縫。焊絲采用2.4/3.2mm H08A，經(jīng)焊接工藝評定進(jìn)行驗(yàn)證,這種匹配的焊縫機(jī)械性能完全能達(dá)到規(guī)范的要求。3.2.3工藝參數(shù)根據(jù)一系列試驗(yàn),我們確定了埋弧自動(dòng)橫焊的焊接工藝參數(shù)（焊絲干伸長為1520mm）。埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝參數(shù)（=14mm）焊接層次焊材極性電壓/V電流/A焊接速度cm/min焊槍角度1H08A=2.4mmSJ101直流反接242630034046471520224263703904849152032426370390496015203.2.4技術(shù)措施燒結(jié)焊劑易潮濕，每次使用前，必須按照焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行嚴(yán)格的烘干，并限制烘干后的使用時(shí)限。焊接機(jī)架在首次使用時(shí)，應(yīng)對軌道進(jìn)行試運(yùn)行，并根據(jù)情況對軌道和機(jī)架進(jìn)行調(diào)整，保證焊劑托帶上緣和焊縫坡口下緣的間距基本不變，同時(shí)應(yīng)該反復(fù)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪相對于機(jī)架的角度，使輪子里側(cè)緊靠軌道，避免在焊接過程中發(fā)生輪子內(nèi)跑現(xiàn)象。在焊接的過程中，應(yīng)注意調(diào)節(jié)焊劑撒布導(dǎo)管和回收導(dǎo)管的位置、角度和高度，保持合適的焊劑堆高，以保證對熔池的完全保護(hù)并提高焊劑回收率。 d. 在進(jìn)行打底、填充、蓋面時(shí)，如果焊絲傾角一直保持不變，焊縫外觀質(zhì)量往往難以保證。經(jīng)過對熔池進(jìn)行受力分析并經(jīng)過多次的實(shí)踐操作，采用下圖的方式施焊較好：當(dāng)進(jìn)行打底焊時(shí)，焊絲傾角應(yīng)該稍大，以保證熔池和下壁板焊縫的完全熔合；當(dāng)進(jìn)行填充焊時(shí)，焊絲傾角應(yīng)該稍小，利用電弧推力拖住熔池以免形成焊瘤。5位置1位置2環(huán)縫焊接焊絲角度圖通過采