大型储罐自动焊技术(大会三等奖).doc

大型储罐的自动焊技术胡水清胜利油田技术检测中心 摘要：本文介绍了大型储罐施工过程中采用的新型的焊接设备和合理的焊接工艺，并对施工过程中出现的问题提出了解决办法。关键词：大型储罐 焊接设备 焊接工艺前言：随着我国石油石化工程建设的发展越来越多的大型储罐投入使用，对施工工期和施工质量要求也越来越高。大型储罐的施工已由传统的手动、电动葫芦施工工艺发展到液压起升施工工艺，焊接工艺已由手工焊向机械化、自动化方向发展。10000m3石脑油储罐（内浮顶罐）的施工运用了液压起升装置和先进的焊接设备。在罐底焊接、罐壁板的焊接中运用了CO2气体保护半自动焊、CO2气体保护全自动气电立焊、埋弧自动横焊等焊接方法和合理的焊接工艺，收到了良好的效果。1 罐底的排版与施焊工艺10000m3石脑油储罐罐体直径为27700mm，罐体总高为20506mm，罐底板为8-10mm，罐壁板为8-20mm。由于罐体直径大，焊缝密集，罐底的施工重点是如何控制焊接变形量在允许的范围内。在合理排版的基础上如何采用合理的焊接顺序和焊接方法是控制焊接变形的关键所在。排版时采用完全对称的排版方式，中幅板采用搭接、边缘板采用带垫板对接型式。由于焊缝多而密集，采用CO2气体保护半自动焊是最佳的焊接方法，焊丝采用ER50-6 1.2,焊接顺序为:在预留通天十字缝的基础上,先焊中幅板焊缝,焊接时由四名CO2气体保焊工从中间向两端对称分段退焊,先焊纵向短缝,后焊横向长缝, 预留的通天十字缝和边缘板的焊接最后施焊。焊接顺序示意图如下所示：按如图所示的焊接顺序进行焊接后不仅焊接变形量控制在标准值内，而且焊接效率大大提高，与传统的焊条电弧焊相比提高工效近三倍，并且大大降低了生产成本和工人的劳动强度。2 罐壁板纵缝的焊接2.1 CO2气体保护自动立焊机设备介绍:罐壁板的纵缝我们采用了全自动的CO2气体保护立焊设备。CO2气体保护自动立焊机由焊接电源、自动送丝机、焊接小车及轨道、供气系统及操作室构成。它分为两个模块：焊接电源模块和操作室模块，二者由电源电缆线和控制电缆线相联。2.1.1焊接电源和送丝机:选择了林肯DC-400可控硅直流弧焊电源，该电源在CVI模式下对气体保护焊的飞溅、流动性和焊缝成形进行了良好的控制，具有优良的弧焊特性，送丝机选用了配套的LN9 GMA单主动轮推丝式送丝机，该送丝机配合DC-400电源可实现远程对电压和电流的分别调节。LN-9 GMA半自动送丝机IDEALARC DC-400 可控硅直流弧焊电源A 主驱动器 B 控制面板 C 底座 D 摆动器E 直线摆动横杆F 焊枪安装组件 G 轨道 H 磁铁 2.1.2焊接小车和轨道：焊接小车安装在焊接轨道上，带着焊枪沿罐壁上下运动。焊接小车核心部分是行走机构和焊枪摆动调节机构，行走机构通过和轨道上的齿条啮合来带动焊接小车实现沿焊缝方向的运动。焊接过程中焊枪可按直线形、锯齿形、矩形等波形摆动，通过对其参数的调节可实现各种摆动方式，以满足焊接的要求。轨道通过电磁铁吸附在罐壁上是供焊接小车行走和定位的专用机构。焊接小车配置了美国BUG-O公司的模块化驱动系统，配置了MPD-1002主驱动模块、WPD-1000线性摆动模块、MDS-1005摆动控制模块和配套的焊枪姿态调整机构。焊接小车及轨道安装示意图2.2 焊接工艺2.2.1 焊接材料10000m3储罐罐壁板材质为Q235，壁厚从8mm到20mm不等。焊材选用ER50-6焊丝，直径为1.2mm。该焊丝经过表面镀铜防锈处理，具有飞溅少、抗裂性好等良好的焊接工艺性能，可进行全位置焊接。2.2.2 工艺参数根据现场施焊情况和设备状况，我们进行了焊接工艺评定，制定了合理的焊接工艺参数。其参数如下： CO2自动立焊焊接工艺参数（=12mm）层次电流A电压V焊接速度cm/min送丝速度m/min摆幅mm停留时间s摆动速度mm/min焊丝干伸长mm气体流量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 施焊要点由于CO2气体保护焊飞溅较大，很容易堵塞喷嘴，造成氮气入侵，应该采用专用的P-3型喷嘴防堵剂以提高生产效率。b.合理的匹配各项参数,以保证打底焊道成形均匀一致，并与两侧母材熔合良好，特别应注意控制焊接速度和摆动幅度一致。填充前，先清除打底焊道表面的飞溅，并用磨光机将局部突起的焊道磨平，应保证填充焊道比壁板表面低2-3mm，焊接时不允许烧坏坡口的棱边。2.3焊接辅助机具由于CO2气体保护焊施焊时要求风速应该小于2m/s，在条件恶劣的施工现场必须进行有效地防护方能正常施工。在储罐立缝焊接过程中，我们设计了立焊机操作室。正常施工情况下，除了焊机电源之外的所有立焊机辅助设备都放置于操作室内。每一圈立缝焊接前，由吊车把操作室安置在轨道上，每焊完一道立缝，操作室可以沿轨道自行移动到下一道立缝处。这套立焊机操作室设计和应用，完全排除风对气体保护的不利影响，而且大大简化了每一道焊缝前的准备工作，提高了施工效率。其结构如下图所示:3 罐壁板横缝的焊接3.1焊接设备简介:罐壁板采用了埋弧自动横焊机,埋弧自动横焊机由焊接电源、自动送丝机、行走机架及行走控制箱、焊剂循环系统组成。3.1.1焊接电源埋弧自动横焊与手工焊、气体保护焊等焊接方法相比，具有焊接电流大、熔融的铁水容易下坠、焊缝成形不易控制等缺点。所以焊接时电流不超过600A。焊接电源选择了林肯公司的IDEALARC DC-600可控硅多用途直流弧焊电源。实际操作时，电源放置于电源台架内。电源台架采用微型集装箱式结构，主要是为了方便电源的吊装及防雨而专门设计的，其内部配备了供行走机架和DC-600弧焊电源用电的配电柜，配电柜与机架及电源之间通过电缆连成一体。3.1.2 埋弧自动送丝机选用适用于DC-600弧焊电源的NA-3N(S)自动送丝机。埋弧焊机头通过上下左右调节器安装于机架升降调整机构的横梁上，经焊接电缆及控制电缆与安装于机架右侧立柱的NA-3N(S)控制箱和DC-600相连，实现焊接电流及电压的远程控制操作。操作者能够利用上下左右调节器调节焊枪位置，使焊丝尖端始终位于焊道上。埋弧焊机自动送丝机示意图3.1.3焊剂循环系统焊剂循环系统采用吸压式焊剂回收器。在焊接的同时，大功率的吸尘器将托带上剩余的焊剂回收到焊剂桶中，以实现循环利用。3.1.4焊接行走机架焊接行走机架采用伸缩体结构，机架整体外形呈长方体形，顶盖上安装有吸尘器和焊剂桶，驱动系统可以与顶盖或底板装配，从而分别实现正装和倒装的焊接。倒装时，应该在罐基础上铺设专门的轨道以供机架行走。埋弧横焊焊机机架安装（倒装）示意图如图所示：3.1.5行走控制装置行走控制装置由DV-700逆变器和相应的控制继电器组成，可以在02735mm/min内无级调节机架的行走速度（即焊接速度）、方向并和送丝机联动实现自动引弧和熄弧。3.2 焊接工艺及应注意的问题3.2.1 焊接材料的选用鉴于横缝埋弧焊的特殊性，为了控制焊缝成形，我们选择了SJ101焊剂,这种焊剂相对于熔炼焊剂具有焊道均匀、易脱渣且抗锈能力强等特点，采用直流反接可形成熔深大、熔宽较小的焊缝。焊丝采用2.4/3.2mm H08A，经焊接工艺评定进行验证,这种匹配的焊缝机械性能完全能达到规范的要求。3.2.3工艺参数根据一系列试验,我们确定了埋弧自动横焊的焊接工艺参数（焊丝干伸长为1520mm）。埋弧自动横焊焊接工艺参数（=14mm）焊接层次焊材极性电压/V电流/A焊接速度cm/min焊枪角度1H08A=2.4mmSJ101直流反接242630034046471520224263703904849152032426370390496015203.2.4技术措施烧结焊剂易潮湿，每次使用前，必须按照焊接工艺规程要求进行严格的烘干，并限制烘干后的使用时限。焊接机架在首次使用时，应对轨道进行试运行，并根据情况对轨道和机架进行调整，保证焊剂托带上缘和焊缝坡口下缘的间距基本不变，同时应该反复调节驱动轮和从动轮相对于机架的角度，使轮子里侧紧靠轨道，避免在焊接过程中发生轮子内跑现象。在焊接的过程中，应注意调节焊剂撒布导管和回收导管的位置、角度和高度，保持合适的焊剂堆高，以保证对熔池的完全保护并提高焊剂回收率。 d. 在进行打底、填充、盖面时，如果焊丝倾角一直保持不变，焊缝外观质量往往难以保证。经过对熔池进行受力分析并经过多次的实践操作，采用下图的方式施焊较好：当进行打底焊时，焊丝倾角应该稍大，以保证熔池和下壁板焊缝的完全熔合；当进行填充焊时，焊丝倾角应该稍小，利用电弧推力拖住熔池以免形成焊瘤。5位置1位置2环缝焊接焊丝角度图通过采