储罐焊接技术

1、储罐焊接技术1. 焊接材料管理1.1 焊接材料的选用焊接材料主要根据罐体母材进行选用。由于在罐内静水压的作用下，位于不同高度的壁板所受荷载不同，在油罐设计时，靠下部的壁板材料是根据强度条件确定的， 上部几圈壁板则是按照刚性条件确定的，相应地储罐的上部与下部壁板的选材要求是不同的。随着罐容量的增大，对罐体材料的机械性能要求也越来越高， 母材材质由普通碳素钢向优质碳素钢和优质合金钢转变。为了达到与母材强度相匹配，保证焊接接头强度，焊接材料也由酸性焊条转为碱性焊条。焊接材料的选取可参考下表：焊接材料的选用序号母材钢号手工焊焊接材料牌号埋弧自动焊CO2气电焊1Q-235E4303H08, H08A,

2、HJ431DWS-43G220R、 20gE4315H08A, H08MnA, HJ431DWS-43G316Mn、 16MnRE5015H10Mn2, HJ4314SS41E4303H08, H08A, HJ431DWS-43G5SPV355E5015H10Mn2, HJ4316SPV490E7015、 LB-62YE, NF-11HEG-607Q235+16MnRE4315H08MnA, HJ431DWS-43G, EG-18SPV490+SS41E7015、 LB-62Y-E, NF-11HEG-601.2 焊接材料的准备与使用1.2.1. 焊接材料的保管一般焊接材料都易于受潮，而受潮后

3、的焊接材料由于保护物质的变质，将大大降低其保护性，使水分内的有害物质氢进人焊接接头， 造成析氢现象而出现气孔或使焊缝变脆。为此， 要将焊接材料存放在防潮库房内，并要求库房内的湿度不大于60。1.2.2. 焊接材料的烘干焊接材料在制造和运输过程中，虽然经过了必要的去湿、防潮处理，但还不能直接用于工程焊接，尤其是碱性焊条中含氢时将会导致焊接接头的脆断等失效现象，焊条的烘干条件如下表所列：焊接材料的烘干条件焊材牌号烘干温度/烘干时间/h用前保温温度/E43031501100E43153504001.52150E50153504001.52150HJ4312501.521001.2.3. 焊接材料的使

4、用A）雨天、雪天，相对湿度90以上，禁止焊接作业，但是，当采取了相应的措施，可避免不利因素的影响后，也可施焊。B）风速、手工焊不超过10m/s，气体保护焊不超过2m/s。C）气温0以下时不得焊接，015时进行50以下的预热不在此限，但 -15及其以下时严禁施焊。D）低氢型焊条、焊剂、使用时必需使用保温焊条（剂）桶。2 .储罐焊接技术概述2.1 焊接接头型式对于储罐的焊接接头不外乎下列几种型式，参见下图所示：型坡口对接接头同种厚度搭接接头型接头不同种厚度搭接接头带衬板对接接头型坡口对接接头（适于储罐环缝）型坡口对接接头2.2 常用焊接工艺方法2.2.1. 手工焊接大型储罐施工中普通采用的焊接方法

5、，主要应用部位为罐顶、附件及罐底板打底焊等。配套的操作工具有：电弧焊机、面罩、手工电弧把钳、焊接电缆等。2.2.2. 自动焊接由人工操作、控制机械进行焊接的方法。焊接过程中焊丝送给、行走均由机械自动完成。常用的自动焊接设备有：平缝埋弧焊机、立缝CO2气电焊机、环缝埋弧焊机等。自动焊接主要用于罐底对接缝，罐壁对接焊缝及大角缝等。2.2.3. 顺焊焊工用右手握电焊把钳，从左至右的施焊方法。2.2.4. 逆焊与顺焊相反，焊工从右至左的手弧焊焊接方法。2.2.5. 跳焊分为顺跳焊和逆跳焊，是一个焊工从左至右或从右至左每焊一段长度，隔开相同的距离，再进行焊接。2.2.6. 退焊是一种使用率最高的焊接方法

6、，可以有效地控制焊接变形，焊工无论采用顺焊还是逆焊，都要进行焊接变形的控制，具体操作方法如下图所示：第一根焊条第三根焊条顺焊、退焊示意图在实际的焊接作业中，以上几种方法 可以混用，如采用分段退焊，即几名手工焊工，将同一条焊道等分，然后每 个人采用退焊的方法施焊。2.3储罐组的焊接顺序2.3.1. 倒装法倒装储罐的安装顺序如下：附件组装罐底板组装底层壁板组装顶层壁板组装罐顶板组装倒装储罐焊接顺序如下：边板焊接（外300mm）顶层壁板焊接罐顶劳动保护焊接第二层 -底层壁板焊接大角缝焊接盘梯及附件焊接顶上第二圈壁板组装罐顶板焊接罐顶板与包边角钢焊接边板对接缝焊接龟甲缝焊接2.3.2.正装法正装储罐正

7、好与倒装安装顺序相反，其安装顺序如下：罐底板组装下边第二圈壁板组装附件组装包边角钢组装正装储罐焊接顺序如下：边板焊接（外300mm）中幅板焊接下边第二圈环缝焊接顶层环缝焊接3 .储罐底板的焊接3.1 底板的拼排方式与焊接方法由于罐底板面积大而且焊道多，在实际的焊接过程中，最大的问题是焊接变形的控制。罐底板的焊接变形与其本身的结构有相当大的关系，因此应针对不同的底板拼排方式，采用不同的焊接方法。罐底板的排板方式大致可分为条形、丁字形和人字形三种（详见下图）：条形排板方式3.1.1.条形排板的焊接A）第一种焊接顺序（预留十字收缩缝法）a. 焊接前在焊道处标出十字形焊接收缩缝（如下图示中粗实线）b.

8、 先焊接短焊缝，再焊接长焊缝。c. 短缝用一个焊工，采用分两段顺焊退焊法。d. 长缝或多名焊工施焊的焊道，按照焊工人数等分焊道，分别采用顺焊退焊法。e. 此种焊接方法适用于容量为5000m3及其以下的储罐，并仅适应于手工焊接。B）第二种焊接顺序（隔缝跳焊法）a. 此种焊接方法无论第一次焊接（序3）还是第二次焊接（序4）都采用隔缝焊接（参见下图）：）（）由内向外施焊顺序）隔缝跳焊法施焊顺序；b. 其他同条形排板方式的焊接。c. 此种焊接方法适于容量为30000m3及其以下储罐的焊接。C）第三种焊接顺序此种焊接方法比较特别，是一种适用性较强的焊接方法，同时有严格的施焊顺序要求。（参见下图）：a.

9、短缝采用由内向外，不隔缝、不交叉焊接，根据底板的实际宽度，由两名焊工分两段顺焊退焊。b. 当短缝全部焊接完成后，再进行长缝的焊接。c. 序4 焊道压缝（先进行点焊）。d. 序5 焊道压缝（先进行点焊）。e. 序6 焊道压缝（先进行点焊）。f. 序4 焊道焊接。将整条焊道依焊工人数进行等分，为了焊接作业时保证焊工的安全，每人所负责的焊道延长米不能少于5m；每人同时采用分二段（或更多）顺焊退焊的方法。g. 序 7 焊道压缝（先进行点焊）。h. 序 5 焊道焊接，同（6） 。i. 序 8 焊道压缝（先进行点焊）。j. 序 6 焊道焊接，同（6） 。k. 序 9 焊道压缝（先进行点焊）。l. 序 7

10、焊道焊接，同（6） 。m. 序10焊道压缝（先进行点焊）。n. 序 8 焊道焊接，同（6） 。o. 此种焊接方法适应大于型储罐的焊接。D）三种焊接方法的比较a. 第一种焊接方法属于国内常用的一种方法，随着储罐建设事业的不断发展， 此种焊接方法正在逐渐取消，而代之以第二种方法。但在小型储罐的焊接中还能发现使用。b. 第二种焊接方法现场适用性较强，所以目前以此种方法用的比较多。c. 第三种方法很少采用，但通过实际施工考验，对于大型储罐确是一种比较好的操作方法，故推荐采用。3.1.2.丁字形排板的焊接A）第一种焊接顺序（组装块式焊接）a. 在大型储罐的焊接中，此种方法是最早在我国使用的，但经过一定的

11、施 工实践后发现，存在不少问题，以下的介绍仅仅供施工参考。b. 将条形板分成若干个组装块，先进行组装块内的成块焊接，再将各组装块连成一体，最终实现罐底板的全部焊接（参见上图 “组装块式焊接施焊顺序”）B）第二种焊接顺序此种焊接方法与条形板第三种焊接方法有共同之处，是一种比较好、且实用性比较强的焊接方法，这是不做专门的研究，可参照下图（丁字形排板适用的施焊顺序）进行施工：3.1.3.人字形排板的焊接所以不予赘述，若有此类形式3.2底板焊接技术的要点3.2.1. 罐底中幅板焊接的技术要领A）条形板的焊接如丁字形排板第一种焊接方法中的序3、 4、 5；第二种焊接方法中的序3、 4、 5、6、 7、

12、8，每条焊道的两个端头各留出500700mm不焊，因为在端头焊接时，由于没有必要的约束，板端将会撬起，最终产生严重的凸凹变形。剩余焊道应在长缝点焊后与长缝一起焊接。B）长缝的焊接如条形排板第二种焊接方法中的序3、 4、 5，丁字形排板第一种焊接方法中的序 6、 7，第二种焊接方法中的序9、 10，在焊接前必须加设横背杠，具体操作方法如下：a. 焊道点焊。b. 测量或观察焊道的整体变形情况，并标记凸起和凹下处。c. 用背杠（ 14- 18 槽钢）进行凸凹度调整，参见下图所示。d. 将底板调平后，再开始焊接。e. 当焊道冷却后，再拆除背杠。f. 进行下一个焊道的焊接。C）三板叠合处的焊接在搭接排板

13、中，会出现三张板结合点，由于是三层重叠，此处在焊接时应力比较大，很容易出现焊道根部裂纹，所以要特别引起注意。施工的要点是，最上层板下面的焊道一定要焊接。有些施工图上对此有明确要求，但也可能没有明确提出。3.2.2.边板的焊接对于储罐底板来讲，在使用中边板的受力明显，高于中幅板，所以对焊接技术要求也较高，从结构上看，边板有搭接式和对接式之区别。A）搭接式边板的焊接搭接式边板的结构如下图。a. 焊前依图示进行罐底板的处理，并增设垫板后进行压缝和点焊。b. 对接缝焊接及斜口焊接。c. 焊接后表面处理。d. 按要求进行无损检验。e. 焊道表面全部磨平。B）对接式边板的焊接对接式边板的结构如下图。a.

14、焊前准备：考虑到焊接收缩，边板的对口间隙是外小内大。b. 在铺设边板时，只进行一侧的点焊，给边板焊接前留出收缩量。c. 边板外部300mm 处焊接，焊接顺序如下图。d. 焊后处理：将焊道表面打磨与板面平，进行无损检验。C）边板焊接几点要求a. 焊接前，将所有的焊道进行点焊固定，最好在一天内全部结束。b. 根据焊工人数，最好是每人23 道缝，将焊工均匀布置在环形边板上。c. 全部焊工依顺时针或逆时针在各自的起点上同时开始焊接。d. 每名焊工按照隔缝跳焊法进行施焊。3.2.3.底板其余焊道的焊接以上工作结束后，底板上剩余的焊道有：边板对接焊道（以上 300mm 之外） ，边板与中幅板的搭接（对接）

15、焊道，边板与壁板角焊缝，这些焊道均有一定的焊接顺序要求，在施工过程中要特别注意。A）焊接顺序a. 倒装储罐施焊顺序如下：大角缝外口焊接边板外 300mm 焊接 中幅板焊接边板与中幅板焊接b. 正装储罐施焊顺序如下：壁板第二圈立缝焊接边板外 300mm 焊接 中幅板焊接大角缝外口焊接边板与边板间焊接边板与中幅板焊接B）大角缝（边板与壁板丁字口焊道）内口焊接大角缝的焊道对于整个储罐来讲，是非常重要的，从储罐设计方面可以分析出储罐应力集中于该处。a. 焊接前的准备工作：为了保证焊接后的边板变形控制，在焊前必须对整个焊道进行防变形处理（参见下图）b. 施焊：无论是否自动焊，初层（底层）焊道都必须采用手

16、 工焊接。手工焊接时，焊工依周向均匀分布，每名焊工采用顺焊或顺 焊退焊。由于打底焊道直接影响 整条焊缝的质量，所以必须保证 熔合良好、无任何缺陷，并根据要求进行无损检验；填充焊接时，一是注意焊道的最终成型，二是 每层焊道之间熔合良好，并排列整齐。c. 焊道外观处理：按设计尺寸和技术要求进行处理，最终处理后有下列两种焊缝截面（参见下图）。C）大角缝外口焊接在内口焊接完成并检查合格后进行大角缝处口焊接，内口检查通常包括：表层真空试漏、初层PT、表层MT、表层件等，也可能只进行其中的一项或两项，依设计要求而定。内口焊接相同，有全部手工焊接和手工初层焊、自动焊填充与盖面两种工艺，外口焊接的最终成形都是

17、A/B=1/l 型 （参见上图-大角缝截面）。D）边板与边板对接缝焊接由于边板与边板搭接缝焊接比较简单，这里不做专门讨论。为了减少对接缝焊接的底板表面成形，焊接时按照以下程序进行（大角缝内口焊接时的内支撑不撤除） 。a. 先进行焊道局部处理：在以上各项焊接完成后，由于焊接变形产生的应力容易使对接焊道根部产生裂纹（参见下图）。若发现该处裂纹即用碳弧气刨或磨光机进行彻底处理。并进行 PT 检验， 合格后才可进行下一步工作安排，这项检查工作对于大型储罐尤其重要。b. 点焊： 在以上焊接工作结束后，边板对接口处会不同程度的产生翘曲变形，使本来接合严密的边板与垫板之间产生间隙，在点焊之前必须进行处理，点

18、焊的长度不应小于30mm，否则容易在点焊处产生裂纹。在焊接前再进行点焊焊点的修整。其焊接要求与边板外3000mmc. 焊接： 全部边板对接缝点焊后，再进行焊接，焊接要求相同。E）边板与中幅板焊接边板与中幅板之间的焊道有呈龟甲形（俗称龟甲缝）的，也有呈圆弧形的，这是由边板的设计而定的，龟甲缝有对接的，也有搭接的，既可以采用手工焊接，也可以采用自动焊接。焊接时， 同样根据焊工人数，将龟甲形焊道或圆形焊道等分，所有焊工沿同样的方向，采用顺焊退焊的方法进行施焊。3.2.4.T形接头角焊缝试件制备和检验储罐 T 形接头部位，主要是指罐壁板与罐底边板结合部，其次是罐体与附件相联处，由于罐壁板与罐底边板接头

19、焊道是整个罐体受力状态最复杂、最危险的地方，所以在储罐安装前，要专门进行焊接工艺评定工作。A）试板制备采用与所施工罐底边板、罐壁底层壁板相同的材质、相同厚度、相同技术要求的钢板加工焊接试件，试件尺寸参见下图。B）试板组装焊接前，将两块试块按照T 型焊缝组对（参见下图-焊件试件组装示意图），为了避免和减小在焊接过程中发生角向变形，将试板固定在胎具上焊接（参见下图 -焊接试件焊前固定示意图），在试件上用钢印标注：内、外侧；选用材料；焊C）试板焊接a. 手工焊焊接规范如下：焊接电流：150200A，焊接电压2426V ，焊接速度1025cm/min， 热输入1200045000J/cm。根据业主的要

20、求或根据施工单位以往的经验，焊接顺序与正式施工相同，如对此无明确要求，建立采用以下焊接顺序（参见下图）：b. 手工焊接与自动焊接规范见下表：焊接方法焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/（ cm/min）热输入/（ J/cm）手工焊接150200242610251200045000自动焊接300500283540603000030000试板焊接规范根据以往的施工经验，建议采用下列形式的焊接顺序（参见下图）其中第1、 5 层打底焊道为手工焊接，其余为自动焊接。试板的焊接工艺及焊脚应与油罐相同，一侧角焊缝焊完应经自然冷却至室温，再焊接另一侧。D）试样制备采用机械切割方法由试板上切取试样，试样宽度为32

21、mm， 尺寸参见下图（试样尺寸）a. 用机械切削加工2 件个；b. 焊接部位与其附近表面不要加工；c. 冷却到室温后再加工。E）试验方法a. 弯曲试验在万能试验机上进行，弯模尺寸按上图（弯曲试验的弯模尺寸）制备。t =6mm; D =25mm; t =12mm; D =50mm; t =19mm; D =75mm; t =22mm; D =85mmb. 试样的板厚T 应夹紧于导向十字头，缓慢加载，当载荷下降时应停止加载，观察有无裂纹产生。当出现裂纹时，应记录开始产生裂纹时的变形角度无裂纹时继续加载，直至变形角度 达到60°（参见下图）。变形角度 不得小于15°，当不符合要求

22、时，应调整焊接工艺或焊缝形状重新进行工艺评定，直至试验结果合格。4.储罐壁板的焊接4.1 概述储罐壁板的焊接方法，要根据壁板的设计形式选择壁板安装的具体方法，当施工方法确定之后，再选用是采用手工焊接还是采用自动焊接，一般情况下，对于搭接壁板均采用手工焊接，对于对接壁板要采用自动焊接（10000m3以上），当然还要考虑施工队伍的施工能力。手工焊接适应于各种储罐的安装4.2 壁板立缝的焊接4.2.1. 焊接顺序壁板立缝虽然采用手工焊接，但对不同的组装方法，焊接顺序是不同的。A）倒装储罐的壁板立缝焊接顺序：先焊接外口，完成罐体倒装后再焊接内口。B）正装储罐的焊接程序：先焊接外口，再焊接内口。C）立缝

23、焊接原则：将整个焊道三等分，按照上、中、下三段的顺序由下向上焊接4.2.2. 防变形措施壁板立缝都是采用对接缝厚度6mm 的壁板开单面坡口，厚度12mm 的立缝开双面坡口。由于焊接热输人的影响，立缝焊接时将会产生一定的变形，影响罐体最终成形，焊接时需采取防变形措施，具体措施，如下图所示，要使用圆销子或方销子将罐壁板向外反变形后再焊接。这种防变形措施仅仅适用于第一圈壁板和正装法施工的储罐。4.3 壁板环缝的焊接两层壁板间的环缝是在这两层壁板的立缝焊接结束后立即进行的。4.3.1. 倒装储罐的环缝焊接倒装储罐由于壁板是从上层向下层安装的，所以环缝组对焊接始终处于底层壁板的高度，无高空焊接作业，施焊

24、条件较优。倒装储罐由于罐壁板已经起升，外口焊接后即进行内口焊接；内外口由多名焊工同时施焊，并沿周向均布，沿顺时针或逆时针方向施焊，外口焊接结束后即进行内口焊接。4.3.2. 正装储罐的环缝焊接无论采用脚手架正装法还是采用水浮正装法，环缝的焊接都属于高空作业，具有一定危险，对作业人员素质有一定的要求。正装储罐的环缝焊接与倒装焊接基本相同，不作专门说明。5 .浮顶单盘的焊接储罐的浮顶结构有双盘与单盘两种，由于双盘由桁架联结，焊接比较方便，本文不做专门的讨论，只介绍一种实用性强、效果显著的大型储罐单盘板焊接新方法。5.1 单盘板结构与焊前准备单盘浮顶结构如下图所示。在船舱焊接结束与船舱盖板是否焊接无

25、关，船舱底板与单盘边板尚未焊接宜进行单盘板的焊接，但在单盘板焊接前应先完成环向及径向加强槽钢与单 盘板断续焊，焊接前准备工作如下：a. 船舱与储罐壁板采用固定联结（如右图所示）b. 按照焊工人数将单盘板划分成若干个扇形，做了明显标记。c. 按照环形加强槽钢的数量，将每个扇形分成相等数量的环形，并由外向内编号为、等。5.2 单盘板焊接方法5.2.1. 焊接顺序船舱与边板外部搭接缝焊接边板对接缝焊接第环焊接边板与单盘板搭接缝焊接第 环焊接第 环焊接中心环焊接由焊接顺序可以看出，单盘板的焊接实际上采用的是从外向内的焊接方法，此种焊接引起的收缩，使固定在储罐壁板上的联结角钢承受了很大的拉力，该力传递到

26、单盘板上，最终使单盘板基本上没有凸凹变形。5.2.2. 焊接方法D）将包括船舱底板与边板焊道、边板与单盘板焊道的整个单盘板点焊，并尽量保持单盘板平整。E）多名焊工同时进行船舱底板与边板焊道的焊接，采用顺序退焊法。F）以上焊道焊接结束后，全体焊工同时进行边板与边板处焊道的焊接，采用隔缝跳焊法。G）依（2）进行边板与单盘板焊道的焊接。H）将第工环内的焊道断续焊，要求是400/800（按照每根焊条焊接的长度而定） 。1） 全部焊工完成焊接后，再进行剩余的400/800 焊接。J）将第环内的焊道断续焊，同上要求。K）依据以上方法，将中心环以外的焊道全部焊完。L）这时会发现，中心环的焊道产生很大的焊后变

27、形，需要进行专门的处理，将原已点焊处打开，使板放平再点焊，依同样的焊接方法进行焊接。5.2.3. 焊接注意事项A）焊接过程中，与储罐壁板相联接的角钢有时会被拉开，要及时进行补焊。B）船舱组对前，需要将与储罐壁板的间隙尺寸减少，此数据为经验值，施工过程中实际掌握。6 .储罐自动焊技术6.1 储罐焊接用自动焊设备C）平缝焊机：主要用在罐底的焊道上，包括对接式中幅板、对接式龟甲缝、边板与壁板的角焊缝等；平缝焊机是采用埋弧焊工艺进行焊接的。D）立缝焊机：采用CO2气体保护焊工艺主要用在罐壁板立缝的焊接上。E）环缝焊机：采用埋弧焊工艺，主要用在罐壁板环缝焊接上。F）药芯焊丝CO2气体保护半自动机：可用于进行储罐底板、壁板及船舱等部位的焊接。6.2 储罐底板的自动焊6.2.1. 底板自动焊工艺自动焊用于储罐底板的焊接，主要是针对对接接头，底板排板方式以条形排板和丁字形排板为主，有两种焊接工艺，一种是全部采用埋弧自动焊，另一种是全部采用碎丝填充埋弧自动焊。A）埋板自动焊接（