大型儲罐自動焊技術(shù)(大會三等獎).doc

大型儲罐的自動焊技術(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 焊接設備 焊接工藝前言：隨著我國石油石化工程建設的發(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、電動葫蘆施工工藝發(fā)展到液壓起升施工工藝，焊接工藝已由手工焊向機械化、自動化方向發(fā)展。10000m3石腦油儲罐（內(nèi)浮頂罐）的施工運用了液壓起升裝置和先進的焊接設備。在罐底焊接、罐壁板的焊接中運用了CO2氣體保護半自動焊、CO2氣體保護全自動氣電立焊、埋弧自動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氣體保護半自動焊是最佳的焊接方法，焊絲采用ER50-6 1.2,焊接順序為:在預留通天十字縫的基礎上,先焊中幅板焊縫,焊接時由四名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行焊接后不僅焊接變形量控制在標準值內(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)成本和工人的勞動強度。2 罐壁板縱縫的焊接2.1 CO2氣體保護自動立焊機設備介紹:罐壁板的縱縫我們采用了全自動的CO2氣體保護立焊設備。CO2氣體保護自動立焊機由焊接電源、自動送絲機、焊接小車及軌道、供氣系統(tǒng)及操作室構(gòu)成。它分為兩個模塊：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:選擇了林肯DC-400可控硅直流弧焊電源，該電源在CVI模式下對氣體保護焊的飛濺、流動性和焊縫成形進行了良好的控制，具有優(yōu)良的弧焊特性，送絲機選用了配套的LN9 GMA單主動輪推絲式送絲機，該送絲機配合DC-400電源可實現(xiàn)遠程對電壓和電流的分別調(diào)節(jié)。LN-9 GMA半自動送絲機IDEALARC DC-400 可控硅直流弧焊電源A 主驅(qū)動器 B 控制面板 C 底座 D 擺動器E 直線擺動橫桿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動。焊接小車核心部分是行走機構(gòu)和焊槍擺動調(diào)節(jié)機構(gòu)，行走機構(gòu)通過和軌道上的齒條嚙合來帶動焊接小車實現(xiàn)沿焊縫方向的運動。焊接過程中焊槍可按直線形、鋸齒形、矩形等波形擺動，通過對其參數(shù)的調(diào)節(jié)可實現(xiàn)各種擺動方式，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構(gòu)。焊接小車配置了美國BUG-O公司的模塊化驅(qū)動系統(tǒng)，配置了MPD-1002主驅(qū)動模塊、WPD-1000線性擺動模塊、MDS-1005擺動控制模塊和配套的焊槍姿態(tài)調(diào)整機構(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)場施焊情況和設備狀況，我們進行了焊接工藝評定，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停留時間s擺動速度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 施焊要點由于CO2氣體保護焊飛濺較大，很容易堵塞噴嘴，造成氮氣入侵，應該采用專用的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，特別應注意控制焊接速度和擺動幅度一致。填充前，先清除打底焊道表面的飛濺，并用磨光機將局部突起的焊道磨平，應保證填充焊道比壁板表面低2-3mm，焊接時不允許燒壞坡口的棱邊。2.3焊接輔助機具由于CO2氣體保護焊施焊時要求風速應該小于2m/s，在條件惡劣的施工現(xiàn)場必須進行有效地防護方能正常施工。在儲罐立縫焊接過程中，我們設計了立焊機操作室。正常施工情況下，除了焊機電源之外的所有立焊機輔助設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到下一道立縫處。這套立焊機操作室設計和應用，完全排除風對氣體保護的不利影響，而且大大簡化了每一道焊縫前的準備工作，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焊接設備簡介:罐壁板采用了埋弧自動橫焊機,埋弧自動橫焊機由焊接電源、自動送絲機、行走機架及行走控制箱、焊劑循環(huán)系統(tǒng)組成。3.1.1焊接電源埋弧自動橫焊與手工焊、氣體保護焊等焊接方法相比，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。所以焊接時電流不超過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。實際操作時，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計的，其內(nèi)部配備了供行走機架和DC-600弧焊電源用電的配電柜，配電柜與機架及電源之間通過電纜連成一體。3.1.2 埋弧自動送絲機選用適用于DC-600弧焊電源的NA-3N(S)自動送絲機。埋弧焊機頭通過上下左右調(diào)節(jié)器安裝于機架升降調(diào)整機構(gòu)的橫梁上，經(jīng)焊接電纜及控制電纜與安裝于機架右側(cè)立柱的NA-3N(S)控制箱和DC-600相連，實現(xiàn)焊接電流及電壓的遠程控制操作。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。埋弧焊機自動送絲機示意圖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，大功率的吸塵器將托帶上剩余的焊劑回收到焊劑桶中，以實現(xiàn)循環(huán)利用。3.1.4焊接行走機架焊接行走機架采用伸縮體結(jié)構(gòu)，機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)動系統(tǒng)可以與頂蓋或底板裝配，從而分別實現(xiàn)正裝和倒裝的焊接。倒裝時，應該在罐基礎上鋪設專門的軌道以供機架行走。埋弧橫焊焊機機架安裝（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逆變器和相應的控制繼電器組成，可以在02735mm/min內(nèi)無級調(diào)節(jié)機架的行走速度（即焊接速度）、方向并和送絲機聯(lián)動實現(xiàn)自動引弧和熄弧。3.2 焊接工藝及應注意的問題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等特點，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)焊接工藝評定進行驗證,這種匹配的焊縫機械性能完全能達到規(guī)范的要求。3.2.3工藝參數(shù)根據(jù)一系列試驗,我們確定了埋弧自動橫焊的焊接工藝參數(shù)（焊絲干伸長為1520mm）。埋弧自動橫焊焊接工藝參數(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)程要求進行嚴格的烘干，并限制烘干后的使用時限。焊接機架在首次使用時，應對軌道進行試運行，并根據(jù)情況對軌道和機架進行調(diào)整，保證焊劑托帶上緣和焊縫坡口下緣的間距基本不變，同時應該反復調(diào)節(jié)驅(qū)動輪和從動輪相對于機架的角度，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，應注意調(diào)節(jié)焊劑撒布導管和回收導管的位置、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并提高焊劑回收率。 d. 在進行打底、填充、蓋面時，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)過對熔池進行受力分析并經(jīng)過多次的實踐操作，采用下圖的方式施焊較好：當進行打底焊時，焊絲傾角應該稍大，以保證熔池和下壁板焊縫的完全熔合；當進行填充焊時，焊絲傾角應該稍小，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