王战民
(中国石化南阳油田监理公司,河南南阳 473000)
立式储罐是施工现场组装焊接的原油储存容器,由钢板组装成型,钢板与钢板之间的焊接工作量非常大,施工质量要求高、工期紧,对储罐焊接质量和效率要求非常高,因此,高效的自动焊接方法在储罐焊接中逐步扩大应用。西北油田承建2台3万立方米(外浮顶)储罐,采用正装法,焊接方法选用埋弧自动焊、气电自动立焊和电弧焊组合的焊接工艺,焊接生产效率和质量有明显提高,对降低成本,增加经济效益具有重要意义。
储罐焊接方法有两种,一是电弧焊,二是电弧焊+自动焊接方法。工程开始前,对这两种方法进行了分析:手工电弧焊虽然比较方便,但需要大量焊工多点焊接,高空作业比较多,安全隐患多而效率低,焊接质量因个人技术和经验难以保证,对于大型储罐安装费工费力。采用自动焊方法省工省力,减少焊工的投入,经济合理、技术先进、安全适用、质量高。3万立方米储罐选用自动焊接方法,包括埋弧自动焊(横焊、角焊)、气电自动立焊等。
埋弧焊自动平焊机由小车行走机构、焊接电源和控制箱组成。
电弧在焊剂层下燃烧进行焊接,其焊接质量稳定,具有生产率高、弧光及烟尘少等优点,成为储罐底板、角焊缝的主要焊接方法。
(1)埋弧自动焊接生产效率高。
(2)熔渣隔绝空气的保护效果好,焊接参数保持稳定,机械性能较好,焊缝质量高。
(3)现场劳动条件好,减轻焊工操作的劳动强度,没有弧光辐射。
(4)缺点是仅适用于水平位置或倾斜不大的焊缝,工件装备质量要求较高,设备大不灵活。
(1)特种作业人员必须持证上岗,经考试合格后方可进场。
(2)进场的焊接设备性能良好,符合焊接工艺要求,并经检验合格后进场。
(3)焊接材料和焊剂必须提供质量证明文件。
(4)焊接前必须按照设计要求进行焊接工艺评定,编制焊接工艺规程,经施工单位技术负责人批准后实施。
(5)焊接前技术人员必须向施工人员进行技术交底,重点是焊接工艺规程的交底。
(6)焊接底板搭接角焊缝时必须采取防变形措施,埋弧自动焊接时产生的热量大,搭接焊缝需要焊接两遍成型后才能确保焊缝外观质量、高度符合设计要求,为防止储罐底板较大变形,用槽钢顺着焊缝两边对钢板进行固定。焊接顺序宜按先焊短焊缝、后焊长焊缝。两台设备焊接一条焊缝时,应从中间开始,向两边进行焊接。3万立方米储罐底板焊接后,底板局部没有发生凹凸变形,符合《立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范》GB50128要求。
(7)边缘板与中幅板间的龟甲缝,应在大角缝和边缘板焊缝全部焊接完成后进行;组对时,若出现底板翘起现象,应用槽钢或工字钢压平后定位焊,方可进行自动焊接。
(8)罐底中副板、边缘板自身的搭接焊缝以及中副板与边缘板之间的搭接焊缝,应采用单面连续角焊接。
主要由焊接电源、机头、焊剂输送回收系统、焊剂托送机构、送丝机构、行走机构和行走框架组成。
单面埋弧自动横焊,主要用于正装法储罐壁板环缝的焊接,其行走驱动机构安装在行走框架的上部,以罐壁上边缘为导向沿罐壁行走。单面多层多道焊接,壁板环缝单面焊接完成后,背面清根,再按工艺要求进行背面的焊接。
(1)埋弧自动横焊的生产效率高,速度快,变形量小,保证壁板垂直度不超标,焊缝外观质量成型好、美观,合格率高。
(2)焊接速度快,用机器代替人工,生产成本低,减少高空作业风险。采用白天组装壁板,晚上焊接连续作业方式,提高工作效率,缩短工期,减少经济投入。在3万立方米储罐焊接中,平均一天一圈壁板。
(3)埋弧自动焊看不到弧光,有毒气体量少,减少对人体健康职业病伤害。
(4)在清理内壁环焊缝时,采用专业清根队伍,焊完后,一个小时内完成清根,工作效率高,打磨质量好,根本不会影响施工进度。
壁板单面埋弧焊自动横焊,先焊接壁板外环缝,再焊接壁板内环缝。外壁板环缝焊接完成后,内壁板环缝处采用角磨机清根,保证内壁坡口,然后再将焊接设备移动到内壁,焊接内环缝。
(1)储罐壁板坡口加工必须按照焊接工艺规程执行;坡口表面及两侧各100mm油污、水、铁锈等清除干净。火焰加工坡口,应打磨表面氧化层。
(2)焊接前,必须按照焊接工艺规程检查环缝组对间隙,壁板垂直度、壁板水平度,以免造成焊接质量和壁板垂直度、椭圆度超标。
(3)在储罐内壁采取防变形措施,设置背杆:采用2米长的10号槽钢制作反变形措施,用2个龙门卡固定,背杆间距小于1m~2m。
(4)焊接前焊剂必须进行烘干,以免焊缝出现气孔,确保焊接质量。
(5)焊接前,必须对壁板上水平度进行检查、调整,统一标高,确保环焊缝在同一水平面上。
(6)焊接时焊枪角度应符合焊接工艺规程的要求,在下一层、道焊接前,应及时对前一层焊渣进行清除;层、道间焊接接头至少要错开50mm以上。
(7)根据焊接工艺要求,先焊接壁板纵缝,再焊接环缝。在“T”型逢处,要先将与环缝接头处纵缝部分打磨清理干净,再进行焊接,防止焊缝出现夹渣或气孔等缺陷。
(8)焊接时宜多台焊机沿壁板圆周对称分布向同一方向焊接。
(9)埋弧自动横焊进行焊接时焊缝宜出现气孔和夹渣,主要是在焊缝的打底和填充面。影响气孔的主要因素有:环境湿度、坡口尺寸、组装质量、坡口及焊剂清理、清根和焊接速度快等情况。当焊接速度过快时,清根不彻底,会使焊缝出现咬边、未熔合和气孔等缺陷。焊接过程中应严格执行焊接工艺规程,控制焊接速度,避免不合格焊口出现,确保焊接质量。
储罐内、外侧大角缝先采用焊条电弧焊打底,再采用埋弧自动平角焊填充、盖面。
储罐倒装法施工,在最后底圈壁板组焊完成后才能组对、焊接大角缝;储罐正装法施工,壁板至少应组装、焊接完成三至四圈后,再组对、焊接大角焊缝。大角缝焊接宜先焊接罐内侧角焊缝,后焊接外侧角焊缝。
(1)焊接前,应该在底层壁板与底板之间用10号槽钢支撑,防止边缘板角变形,设置的斜支撑,其尺寸可以通过埋弧自动平角焊机。
(2)内侧大角焊缝应呈内凹形、平缓过渡,严禁咬边存在。
气电自动立焊设备主要由焊接小车、精密磁性导轨、电气控制箱、摆动机构、焊枪以及水冷铜滑块等组成,并配焊接电源、送丝机构、冷却水循环装置等。
焊接时,在焊缝的正面采用水冷铜滑块、焊缝的背面采用水冷档排,使用药芯焊丝送入焊件和档块形成的凹槽中,电弧在焊丝和接头底部的起焊板之间引燃而形成焊缝。气电自动立焊钢板厚度范围为9mm~32mm,焊接位置为垂直的对接单道。
(1)气电自动立焊在储罐建造中,主要用于壁板纵缝的焊接,焊接生产率较高,焊缝成型美观,外观质量好,能连续作业,节约焊材,成本低。
(2)焊接时产生烟尘少,焊后不产生工业垃圾,保证操作人员的职业健康,避免环境污染。
(3)气电自动立焊存有局限性,仅能焊接壁板纵向焊缝,其余焊缝无法进行焊接。
(4)焊接方式不同,其焊接从下向上进行焊接,焊接中,焊缝两边都采用水冷铜滑块成形法,采取冷却措施,降低了焊接接头产生热量,减少焊接缺陷的概率,改变作业环境,提高焊接效率。
(1)采用V型坡口,清除坡口100毫米范围内油污;打磨表面硬化层,坡口表面及边缘应平滑,不得有夹渣、分层及熔渣等缺陷。
(2)应严格控制壁板组对间隙,内侧为4mm~6mm,外侧为14mm~19mm,错边量不得大于1mm。
(3)纵缝下端100mm左右焊缝采用手工电弧焊焊接,然后开始气电自动立式焊接。
(4)检查滑块表面与坡口两侧的钢板表面是否贴紧,防止铁水进入滑块两侧与钢板表面的间隙,造成焊缝凹陷,出现裂纹、未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。
通过自动焊接方法在3万立方米储罐施工中的成功应用,有以下结论:
(1)采用手工电弧焊方法,单人焊接完成板厚24mm焊缝约8m/d,而采用自动焊方法时,能完成48m/d,是手工电弧焊的6倍,极大地提高了工作效率。
(2)与手工电弧焊对比,一台3万立方米储罐需投入人工约48人,而采用自动焊接方法,人工仅需15人,大大节约了人工成本,可以节约人工成本约30万元。
(3)一台3万立方米储罐按照手工电弧焊计算工期约为60d,而采用自动焊接方法,工期约45d,节约工期15d,缩短了施工工期,节约了时间成本。
(4)自动焊接方法使焊缝外观成型美观,宽窄均匀,焊缝波纹整齐,有效地减少了焊缝气孔、未熔合和夹渣的缺陷,提高了焊缝质量,经第三方无损检测,合格率达到98.8%。
(5)不足之处,在采用自动焊接方法中,需要采用较多的防变形措施,在最后清理卡具时可能损伤钢板母材,或者遗留在底板、壁板上,给后期储罐运行造成很大的安全隐患。
(6)储罐的焊接工作量大,自动焊接设备有气电自动立式焊接、焊条电弧焊、埋弧自动横焊、埋弧自动平焊机、埋弧自动平角焊机,所需的焊接设备和机具较多,有些设备较大,运输和安装比较烦琐,需要进一步研究新的自动焊接设备解决这些问题。
自动焊接方法具有先进合理、工艺稳定、操作简便、综合成本低、有效地降低施工安全风险等特点,有明显的经济和社会效益。