大型灌体自动焊技术的应用

张国银

中国电建集团河北工程有限公司

1 前言

大型储油罐工程是石油、化工、航空、电力、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施。它在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的，是承装成品油或者原油的专用设备。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属焊接结构居多。近年来随着电力工业的不断发展，也带来了一系列环境问题，这给燃机电厂带来新的发展机遇，大型储油罐的安装焊接在燃机燃油电厂中起着决定性作用，是燃料供应系统的起源，是必不可少的基础设施。

2 油罐介绍

安哥拉SOYO 一期燃机项目共安装4 台同材质同规格的10000m³轻柴油储罐。每台油罐总重为242530kg，其中罐壁重137649kg，罐顶重49651kg，底板重42101kg。油罐具体尺寸：油罐直径27700mm（内径），罐壁高18446mm，罐顶高3026mm。每台油罐壁板的材质为SA-36，共9层，板幅2050mm，每层由10张板围成，第1～2 层壁板厚度为δ=15mm、第3～4 层壁板厚度为δ=13mm、第5～6 层壁板厚度为 δ=10mm、第 7～9 层壁板厚度为δ=8mm，板与板的连接为对接形式，层与层的连接要保证内径齐平。油罐焊接执行API 650-2013 标准，该标准对罐壁焊接接头的错边量要求很严：罐壁纵缝错边量不超过1.5mm；罐壁环缝任何一点处的上下错边量不大于3mm。

3 施工工艺流程

油罐基础验收→安装测量、放线→油罐底板安装→油罐底板焊接→油罐底板真空严密性试验→壁板支墩安装并放出罐壁内直径→提升装置安装焊接→自动焊机行走轨道安装、焊接→V9 壁板安装及包边角钢安装、焊接→钢胀圈安装→V8 壁板安装、焊接→罐顶板安装→V7壁板安装、焊接→V6壁板安装、焊接→V5 壁板安装、焊接→V4 壁板安装、焊接→V3 壁板安装、焊接→V2壁板安装、焊接→V1壁板安装、焊接→罐壁板与底板组对安装、焊接→提升装置拆除→油罐附件安装→内部清理→安装符合性检查→管头封闭→油罐灌水试验→灌水试验合格后彻底放水、人孔打开→油罐罐体防腐涂层→竣工移交。

4 施工方案概述

大型油罐有正装法和倒装法，本油罐采用倒装提升法施工。油罐底板采用手工电弧焊的工艺；油罐壁板纵缝采用气电立焊的工艺，环缝（油罐外）采用埋弧自动横焊的工艺，环缝（油罐内）采用清根手工电弧焊的工艺；油罐顶板采用手工电弧焊的工艺；罐体附件及角焊缝采用手工电弧焊的工艺。

4.1 油罐底板安装方案

首先根据油罐底板排版图画出焊缝示意图；其次根据施工图纸计算出底板的焊接工作量（底板共57条焊缝，焊缝总长度约为378m）；再次是根据现场实际施工情况编制有针对性的焊接加固防变形方案；最后严格按照焊接施工技术措施和防变形方案组织人员进行底板焊接施工。

底板焊接施工的特点为焊接量大且对焊接质量要求高，对焊接变形控制要求严。焊接时我们把底板划分为中幅板、异形板、边缘板、伸缩缝四部分。焊接顺序为首先焊中幅板焊缝，期次焊异形板焊缝，再次焊边缘板焊缝，最后焊伸缩缝。

底板焊接的主旨思路为：采用多名焊工对称焊、分段退焊、隔缝跳焊；先焊短焊缝，后焊长焊缝；由内向外焊，由中心向两边焊。为了防止焊接变形：在每条焊缝焊接时都要保证工件在垂直焊缝的方向（横向）能够自由收缩，以减少钢板和焊缝中的内应力，同时使热量尽可能均匀分布；点焊一条焊缝就焊接一条焊缝，保证钢板的另一侧是能够自由收缩的。为了使整个焊缝横向收缩均匀，并减少焊接接头端部的“屋顶形”现象，定位焊缝应从焊缝两端向中间进行点固；先焊短（横）焊缝，后焊长（纵）焊缝，焊接顺序从罐中心向四周；焊接采用从中间向两端分段退焊、隔缝跳焊法。

底板中幅板端部应留600mm～800mm不焊，以便最后调整与边缘板伸缩缝的搭接量。边缘板宜采用多名焊工均匀分布隔缝跳焊法焊接。伸缩缝的焊接是整个油罐本体焊接的最后一道工序，焊接前应将边缘板与中幅板、边缘板与异形板之间的夹具松开，铲除定位焊点采用多名焊工均匀分布，分段对称施焊，逆向跳焊。

底板焊接的全过程要有专人监督，随时观察、检查底板的变形情况，及时采取必要的补救措施。底板在焊接工程中为防止产生过大的焊接变形，也可适当地采用反变形法，将对接缝处用角钢或槽钢垫高30mm～40mm，这样基本可抵消焊接后的变形量，底板焊接完成。底板焊接完成后对底板焊缝进行100%PT试验和抽真空试验，检查焊接质量，重点检查“T”型焊缝位置，检查合格后底板施工完成。

4.2 油罐壁板安装焊接方案

油罐底板施工完成后，在底板上安装壁板提升装置并进行焊接加固，在基础外侧安装自动焊机行走环形轨道，轨道采用8#槽钢弯曲制成，弧度和壁板弧度基本相同，轨道下方用12#槽钢支撑，环形轨道整体直径比油罐直径大2200mm，偏差控制在±10mm以内，轨道接头部分不允许有偏差。整个环形轨道的整体水平标高偏差控制在±10mm以内，轨道接头位置不能有偏差，所有轨道的连接位置均应满焊。

油罐壁板立缝采用气电立焊机自动焊，气电立焊机是高效自动化焊机设备，焊接接头一次成型可达50mm。气电立焊机焊接强迫水冷一次成型，熔池液面自动控制，焊丝伸出长度自动调节，垂直焊接铝合金轨道，磁铁吸附，模块结构，拆装灵活方便。适应板幅1600mm～3200mm，适应板厚8mm～80mm，适应最小筒体6000mm，焊机自动行走速度0mm/min～250mm/min，快速行走速度550mm/min（如图1）。

图1

油罐壁板横缝外部采用自动埋弧横焊机（型号MSHW-I/D）焊接，该焊机主要用于立式筒体施工，该自驱埋弧焊系统能将施工时间降低约40%，可用于正装法施工的油罐，也可用于倒装法施工的油罐。该焊机可用于最小4500mm 的罐，适应板幅1400mm～3200mm，适应板厚8mm～45mm，焊机速度300mm/min～500mm/min（如图2）。

图2

油罐壁板焊接顺序为先焊纵缝再焊环缝。

（1）纵缝组对：严禁在焊道内侧或外侧点焊；使用双U 型弧板与方眼形卡具把焊缝均分为三段，调整立焊缝的间隙，方眼卡具焊接在工件表面，U 型弧板不焊接；焊缝间隙调整完成后，使用T 型口弧板调整焊缝错口值和固定焊缝，一般焊口上下各留150mm，均布间隔400mm；T型口弧板固定后，拆除双U型弧板。

纵缝焊接：检查测量内坡口的组对间隙是否符合焊接工艺要求，检查紫铜模板是否可用，根据壁板厚度调整气电立焊机的焊接参数开始焊接。焊缝下端预留的相应焊缝采用手工电弧焊焊接，焊接前必须打磨自动焊缝的下端部位成斜坡，以利焊接接头质量。只有当焊缝彻底冷却后，才可拆除加固和防变形措施。气电立焊的优点是焊接效率高、焊缝变形小、坡口背面不需要清根、单面焊双面一次成型、投入人工少、焊机操作箱自带防风装置不需要搭设防风棚、焊缝内外表成型美观，宽窄差一致，余高符合规范要求、焊缝采用X 光进行射线无损检测一次合格率100%。

（2）环缝组对：组对时在外侧坡口中点焊，点焊长度为50mm以上，间距300mm，厚度4mm，点焊与正式焊接工艺相同；外侧坡口的焊接采用埋弧自动横焊，要求对口无间隙；当上下壁板不等厚时，应保证内侧平齐；环缝组对时，应在内侧每600mm 左右点焊一块矩形板，以防止环缝的焊接变形。

环缝焊接：用两台埋弧横焊机沿外侧圆周均布，同向同时焊接；外侧焊缝焊完且彻底冷却后，内侧用砂轮或碳弧气刨清根后再用手工电弧焊焊接；只有当焊缝彻底冷却后，才可拆除加固和防变形措施。埋弧自动横焊焊接时焊缝下面的转动拖带和焊机操作箱同步同向移动，焊枪角度控制在15°～20°。及时更换烧伤的拖带以保证焊剂的回收率。

埋弧横焊的优点是焊接效率高、焊接变形量较手工电弧焊小、埋弧自动横焊对风速要求低不需要搭设防风棚、投入人工少、焊缝外表成型美观，宽窄差一致，余高符合规范要求、焊缝采用X光射线无损检测一次合格率大于98%。内侧手工电弧焊时严格按照施工技术措施和焊接工艺卡参数由考核合格的焊工施焊。

（3）罐壁板与包边角钢、罐壁板与底板焊接采用手工电弧焊工艺，焊接由6～8名焊工均匀分布在罐四周，沿同一方向分段退焊，焊接参数基本保持一致，第一、二层段焊（焊100mm 段100mm），第三层至盖面层可连续焊接，采用内外交错焊法，即外部焊一层，内部焊一层，直至焊接结束。

4.3 油罐顶板安装焊接方案

油罐顶板由32块瓜皮板和中心顶板构成，中心顶板与瓜皮板的连接为搭接形式，瓜皮板与瓜皮板的连接为搭接形式，连接板与筋板的连接为搭接形式，顶板与包边角钢的连接为搭接环角缝。

罐顶板的焊接：先焊罐顶内侧的断续焊缝，后焊外部的连续焊缝；采用从中心向外分段跳焊；连续焊缝应先焊环向短焊缝，再焊径向长焊缝；罐顶板和包边角钢构成的环角缝，焊工对称均匀地分布在罐四周，沿同一方向采用分段退焊。

4.4 附件安装

油罐主体施工完成后，安装油罐附件，附件主要包括罐顶的呼吸孔，安全阀，罐壁人孔，清扫孔，溢油管及支架，回油管及支架，水喷淋消防管及支架，取样管及支架，盘梯步道等，附件焊接采有手工电弧焊，焊接牢固质量可靠。

5 结论

大型油罐组合安装焊接工作量大，每台万方油罐的焊缝总长度约2350m，其中壁板焊缝就有1240m，油罐壁板焊接效率直接影响油罐的整体施工进度。采用气电立焊和埋弧自动横焊机对壁板进行焊接后，极大地提升了壁板焊接速度，保证了焊接质量，且安全稳定，大大缩短了油罐的整体施工工期，确保了油罐优质、高效、安全、按期完工。