钢结构工程储罐埋弧自动横焊施工工法

1、埋弧自动横焊焊接施工工法前言为了在储罐焊接中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进，经济合理，安全适用，确保质量，公司进行了科技创新，形成了储罐埋弧自动横焊焊接新颖的施工工法。通过几个项目的实际应用，焊接速度和焊接质量有了明显的提高，达到了预期的效果，技术先进合理，取得了良好的经济效益。本工法编写是遵循国家相关法律法规及美国国家标准API620（“大型焊接低压储罐设计和建造”）和 ASME（美国机械工程师协会）标准有关要求进行。工法特点2.1储罐埋弧自动横焊的生产率高，焊接速度快，而且焊接变形小。2.2焊剂层对焊缝金属的保护好，使金属充分熔透， 焊缝表面缺陷少，成形美观内在质量好。2.3由于

2、电弧被焊剂保护着，使电弧的热得到充分利用，从而节省了电能；2.4除减少劳动量之外，由于自动焊时看不到弧光，焊接过程中发出的气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健康是很有益。2.5 用机器代替人工，大大降低生产成本，降低安全风险，经济效益显著。适用范围适用于造船、石油、石化和电力等行业，且板厚在10mm 45mm范围内、直径大于等于6m、每节板幅在1 3.2m 范围内的钢制大型储罐环形横向焊缝的焊接施工。工艺原理储罐埋弧自动横焊，由多台埋弧横焊机沿罐壁圆周均匀对称布置，采用同向、同速、先焊外壁后焊内壁的焊接工艺进行施焊。外壁焊接完成后，内壁先用磨光机打磨清根，充分保证内壁坡口不受破坏，然后再将焊机移

3、到内壁进行焊接。施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程见图5.1 。坡口面加工形式装配及定位焊焊前准备焊接作业按工艺要求进行焊前预热 , 焊后保温及消除应力焊缝检测不合格修补合格图 5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1坡口加工形式横向焊缝埋弧自动焊接，应采用双面K 形坡口。由于首层焊缝需要采用手工电弧焊封底，坡口的钝边要留得小一些，一般2-3mm，有利于第一层焊透。其坡口形式参见图5.2.1 。图坡口示意图坡口的制备 最好采用机械法刨削，如现场加工有困难，也可以用火焰切割法加工，但要求采用半自动割机，以保证坡口的形状和尺寸准确，坡口面进行磨光处理。装配及定位焊1、装配1）、装配时应在

4、坡口反面的钢板上装焊龙门定位板，钢板厚度一般为10 16mm，定位板装配间距一般为350400mm为宜。龙门板具体尺寸如图所示，组装卡具如图所示。图龙门板尺寸图组装卡具安装示意图2）、对接接头装配错边量不得超过1mm。3）、两块钢板的厚度偏差大于等于4mm时，应将厚板削斜与薄板齐平，削斜宽度为板厚度差的 4 倍，即 L=4（t 2-t 1）具体见图所示 。图不同板厚对接接头削斜示意图2、定位焊1）、定位焊在焊缝调整后进行，定位焊接前应当经过检查员的检查验收，对于有预热要求的材料，应当在焊缝两侧 150mm范围内预热，预热温度不应超过使用于该材料的合格工艺评定规定值。2）、点固长度一般宜在30

5、50mm，间距 300 500mm，焊肉厚度约6mm。3）、定位焊工艺参数应按焊接工艺评定的参数值执行。4）、点焊位置应当在打底焊道的背面，以方便在清根时清除电焊焊肉，防止电焊处产生不合格缺陷。5）、对于临时工装卡具的焊接应当按照焊接工艺卡的规定进行。对于应当进行焊前预热的焊缝应当在焊前进行预热。焊前准备采用专用的埋弧自动横焊机，它由焊接电源、自动送丝机、焊接机头、焊接行走机架及控制箱、焊剂循环系统、轨道等部分组成。各个部分合理地集成在焊接行走机架上，电气综合控制系统协调各部分统一工作，见图。图正装储罐埋弧自动横焊示意图环向焊接由于焊缝位置与平焊不同，其焊接坡口、焊缝层次等规范参数，都要按其特

6、定的条件做相应的变动，以适应焊接过程的需要。1、根据钢板宽度，调节大车高度符合焊接要求，托盘在坡口下15mm左右。2、安装焊丝，焊丝要放在焊丝盘的中心，夹紧，避免焊丝偏芯和松动，影响送丝稳定；送丝轮压紧程度要合适，避免过松造成焊丝打滑或过紧造成焊丝压痕过大，校直轮压紧力要适中，避免压力过大造成焊丝弯曲严重。3、更换导电咀，导电咀磨损过大时导电不可靠，会引起电弧不稳定；安装烘干后的焊剂。4、装焊剂，焊剂要烘干，焊剂温度过热时，不能装入焊剂回收器，以免烫坏送焊剂管。5、清理坡口，用钢丝刷或者磨光机将焊缝周遍的油污、铁锈等一切影响焊接质量的杂物清理干净。6、选择焊接方向，调整焊剂回收口高度和位置。7

7、、调整焊枪位置，焊枪角度一般在25左右；焊丝伸出长度为2530mm焊枪角度在第一道需 30左右。8、检查焊机开关是否正确；检查地线是否接触良好；检查操作箱后面的开关是否在“自动”位置。9、焊缝层次横缝埋弧自动焊宜采用多层多道焊法施焊。首先，焊接打底层，一般要先用手工电弧焊封底。对不要求X 射线探伤的，可从环缝的内侧封底，外侧稍加清理，就可进行埋弧焊接。对于重要设备，要求100%X射线探伤时，最好在外侧封底，并在罐体内侧清根封焊，然后再用埋弧自动焊焊接。焊前可通过送丝机头的旋转，调正焊枪角度，一般应为20 -25 的轴向下倾角，纵向倾角为5 -8 ，这样以配合焊缝的坡口角度，有利于焊缝的成形。其

8、焊枪位置如图所示。1、 罐体 2、焊枪 3、焊剂拖带图焊枪、拖带位置示意图焊枪调整好后，还需要调整焊剂托带，一般托带距离焊缝以下在10-15mm 的位置上为宜。应避免托带距焊缝太远，给焊剂的输送和回收造成负担。焊接时，焊丝的伸出长度应在20mm左右，焊缝的层次见图。46322541351正面反面注：为手工焊封底焊层；注：为碳弧气刨 +砂轮机打磨；为埋弧自动焊层。为埋弧自动焊层。图横缝埋弧自动焊层次示意图焊接作业1、外环缝焊接结束应进行清根，可用碳弧气刨+砂轮机打磨或直接砂轮机打磨至外侧焊缝的焊肉止，去除夹杂、氧化皮，保证坡口质量。2、壁板焊接应检查坡口对口尺寸，纵缝对口间隙公差1mm，环缝对口

9、间隙为1 2mm。如局部出现间隙过大，可用手工焊封二遍，罐壁板坡口的表面无损探伤（PT或 MT）应合格。3 、焊接前清理坡口间隙中的铁锈及水分；焊剂在200 250烘烤加热1h 后，在150保温。控制焊剂敷设厚度，焊剂过厚时不利于内部气体逸出而容易产生气孔，焊剂太薄则不利于保护焊缝质量。4、焊剂采用烧结焊剂，为球型小颗粒型，保护性能好，Si 含量少，能减少焊缝淬硬组织，提高韧性。5、第一道焊缝为控制自动焊质量的关键，根据焊缝位置调整焊枪和焊丝达最佳位置，距离小容易造成熔深过大，产生高温裂纹；距离太大则导致根部熔合不良，易产生夹杂。6、焊丝夹角在起弧时不得小于35，焊丝伸长量要求其端头距坡口根部

10、5mm。调整焊丝不可将机头回调，应将焊丝缩回，保证焊丝在正式焊接时回道预调好的位置。通过对2 个参数的控制 ( 用样板测量间隙和弧板拱高 ) 来充分保证壁板的滚圆质量。 因为壁板的弧度好坏将直接影响壁板组对的垂直度和壁板的环缝组对质量，进而影响焊接质量。7、利用厚度为2mm小铁块 ( 材质与母材相同) 作为环缝组对间隙胎具，这样能充分确保组对后环缝的对口间隙为2 mm；在立缝焊毕，环缝组对点焊后，向下收缩量为0.5 mm，从而使环缝间隙为 1.5 mm ，这样就保证了横焊缝的组对间隙。8、在横缝外侧第一遍焊接时，内侧应加铜垫板，其作用是使背侧成型美观，并且在局部间隙比较大 (3-4 mm) 时

11、能防止烧穿。9、 外侧焊毕后，内侧尽量不用气刨，因气刨清根会破坏坡口的形状且使坡口宽度不一致，外侧封底焊接时产生的气孔夹渣采用磨光机清根，能保证坡口形状及坡口宽度一致。用磨光机对焊道清理完毕后，用PT 检查，合格后即可进行内侧焊接。、环缝焊接时涉及到立缝的丁字，要求将与环缝接头处立缝部分（即立缝起弧处）打磨清理，防止出现夹杂或气孔等缺陷。11、焊接参数1）、焊接罐体直径：大于等于6m。2）、焊丝牌号：H10MnSiA（ 3.2mm）。3）、焊接层数横缝埋弧焊采用多道多层焊接工艺，每焊接下一道焊缝前，应对前一道焊缝进行修整。打底焊道是最关键的一道，及易出现焊穿、夹渣、未熔合、气孔等缺陷，其好坏直

12、接影响下一道的焊接质量和操作者施焊的难易度。由于坡口宽度、 间隙不完全一致，所以要根据每一段坡口的条件，改变焊接速度，保证打底焊道的焊肉均匀一致、上下熔合良好。打底焊道药皮一定要清理干净，打底焊道修补好后，再焊接下一道焊缝。焊好打底焊道，是保证焊接质量的前提。4）、具体焊接电流电压及相关参数见表。焊接工艺参数表 5.2.4板厚（mm）焊接电压焊接电流行走速度焊枪角度焊道10-1426-27320-350380-42030第一道27-29450-480480-52020-25第二层26-27380-420380-45030第一道16-1827-29450-480480-54020-25第二层28

13、-31450-520520-65020-25第三层26-27380-420380-45030第一道20-2227-29450-480480-54020-25第二层28-31450-520520-65020-25第三层28-31470-520550-65020-25第四层26-27380-420380-45030第一道24-3227-29450-480480-54020-25第二层28-31450-520520-65020-25第三层28-31480-520550-65020-25第四层12、施焊时需注意以下几点：1）正确安装焊接把线和反馈控制线，并使其与焊枪牢固固定，否则将出现焊接过程不稳定，

14、影响焊接质量。2）焊剂回收器内部过滤器要定期清理，焊剂箱要关严；焊接起弧前要将工件表面和焊丝头清理干净，否则不易起弧。3）焊接中要避免用手和金属工具接触焊枪、送丝机，以防造成短路事故。4）当操作机挂在罐壁上施工时，要有人看护，防止电缆线与其它建筑物刮碰而损坏电缆线。5）焊接操作机行走大车车体内限乘两人，若车体内超载，将造成大车行走不稳，焊缝质量不好。6）严禁在罐壁上调整操作车高度，以免车体上下部分滑落，发生严重事故。预热、消氢处理1、预热温度应根据钢板的材质、厚度、接头拘束度、焊接材料及气候条件等因素，经焊接性能试验机焊接工艺评定确定，当无规定时，预热温度宜符合下表5.2.5-1的规定。钢材预

15、热温度表 5.2.5-1钢种钢板厚度焊接环境温度（）预热温度（）普通碳素钢20 30-20 050 10030 38-20 075 125 Z 390MPa25 32-10 075 12532 38-10 常温100 12520 2575 125低390 Z440MPa25 320常温100 150屈合32 38125 175服金 2075 125点钢440 Z490MPa20 250常温100 15025 32125 17532 38150 2002、预热时应均匀加热。预热的范围不得小于焊缝中心线两侧各3 倍板厚，且不小于100mm。预热温度宜采用测温笔或表面温度计在距焊缝中心线50mm处对

16、称测量。3、焊前预热的焊缝，焊接层间温度不应低于预热温度。4、需要后热消氢处理的焊缝，应在焊接完毕后立即进行。消氢处理的加热温度，宜为200250，恒温时间宜为0.5 1h。修补处理1、凡经过外观及无损检测检查不合格的焊缝，现场技术负责人必须组织检查人员、检测人员及焊工，查清原因，确定缺陷的修补部位，认真落实返修措施，严格执行返修工艺，保证一次返修合格。、返修时，检查员及现场技术负责人必须到位，进行监督检查。、缺陷消除可采用气刨或砂轮打磨，选择缺陷距表面较近侧进行消除缺陷工作，气刨后用砂轮打磨露出金属光泽，并在两端磨出缓坡。、有返修部位长度应 50mm，两缺陷间隔小于 50mm时应合为一处返修

17、。补焊时，不得中间停顿， 须一次完成， 接头及回火焊道打磨平滑。 返修中需要预热和后热的应当进行预热和后热，加热范围在返修处两侧各150mm范围内。修补应当记录，当缺陷修补深度超过3mm时应当进行射线检测。5、焊缝的修补必须严格按照焊接工艺进行，其修补的长度不应小于50mm。6、同一部位的返修次数，不宜超过两次，当超过两次时，返修工艺应经施工单位技术负责人批准。季节性施工应当注意以下主要问题。1、对于季节施工中应当保证施焊环境符合焊接规范。2、春季施工由于施工期内昼夜温差较大，施工中的焊前预热必须严格执行，对于不需要预热的焊接材料施工前也应当增加预热要求。、施工应当保证施焊环境中的在下列情况下

18、如无可靠防护措施，不得进行焊接。1）、雨天、雪天；2）、风速 3m/秒；3）、环境温度在0以下；4）、相对湿度85%。注：以上数据为距焊缝表面5001000mm处测量数据。、雨雪环境施工，罐内焊接时应保证罐外罐体得到有效的防护，防止雨雪落于焊道外侧。5、应保证在雨雪大风天气焊接施工防护得到有效的保护。材料、设备与劳动力组织6.1材料要求到达现场的储罐焊接材料的选用应符合设计图纸的要求，并应具有焊接材料厂出具的质量证明书或检验报告，其化学成分，力学性能和其他质量要求必须经原设计单位同意。焊材的成分，性能复验应符合国家现行有关工程质量验收标准的规定；大型、重型及特殊钢结构的主要焊缝隙采用的焊接填充

19、材料应按生产批号进行复验复验应由国家技术质量监督部门认可的质量监督检测机构进行。坡口加工尺寸用样规检查，其偏差应符合下列要求：1、坡口角度的允许偏差为3；2、坡口钝边及坡口深度的允许偏差为1.5mm；3、坡口表面平整光滑，氧化物必须清除干净。埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂(GB/T12470) 的规定；焊接材料尚应符合下列规定：1、 焊条、焊丝、焊剂和熔嘴应储存在干燥, 通风良好的地方，储存室的温度应保证在10以上，相对湿度不得超过60%，且由专人保管；2、焊条、熔嘴、焊剂和药芯焊丝应在使用前，必须按产品说明书及要关工艺文件的规定进行烘干和保温处理；3、 实心焊丝及

20、熔嘴导管应无油污，锈蚀，镀铜层应完好无损；4、焊条、焊剂、烘干装置及保温装置的加热，测温，控温性能应符合使用要求。6.2机具设备机具布置形式由多台埋弧横焊机沿罐壁圆周均匀对称布置，采用同向、同速、先焊外壁后焊内壁的焊接工艺进行施焊。壁板环缝在罐内侧坡口点焊，组对间隙大于1mm时，内侧用焊条电弧焊进行封底焊接。（如图）B1A2A1B2A横焊机A3B焊接电源B3图环缝自动焊机及电源布置图多台埋弧焊机布置示意图主要机具设备横缝埋弧自动焊操作机主要由五部分组成：操作车、控制系统、焊剂自动输送及回收系统、送丝及焊枪调整机构、焊接电源等，见表6.2.2。工厂加工检验设备、仪器、工具表表 6.2.2设备名称

21、设备型号设备能力超声波探伤仪ECHOPE22010500mm磁粉探伤仪DA-400SX 射线拍摄仪膜测厚仪315FB-MKII01250um数字钳形电流表20032000A，1000A温湿度仪WHM5温 1040，湿 0100%焊缝检验尺SK游标卡尺0150mm钢 卷 尺5m、 30m 、 50m碳弧气刨磨光机6.3 劳动力组织（见表6.3 ）表 6.3劳动力组织情况序号单项工程所需人数备注1管理人员32技术人员33安装工154起重工55电焊工126杂工87质量控制7.1工程质量控制标准埋弧自动横焊的施工质量执行钢制压力容器焊接工艺评定（JB4708-2000 ）、钢制压力容器无损检测 （ J

22、B4730-1994 ）、建筑钢结构焊接技术规程（ JGJ81-2002 ）、钢结构工程施工质量验收规范 （ GB50205 2001）和建筑工程施工质量验收统一标准（ GB50300 2001 ）、美国国家标准API620（“大型焊接低压储罐设计和建造”）、 ASME（美国机械工程师协会）标准以及国家相关法律法规的要求。7.2主控项目焊接材料的品种、规格、性能等符合现行国家产品标准和设计要求。检查数量：全数检查。检查方法：检查焊接的质量合格证明文件，中文标志及检验报告等。重要钢结构采用的焊接材料应进行国家产品标准和设计要求。检查数量：全数检查。检查方法：检查复验报告。焊条、焊丝、，焊剂等焊接

23、材料与母材的匹配应符合设计要求和国家现行行业标准建筑钢结构焊接技术规程JGJ81 的规定。焊条、焊剂、药芯焊丝等在使用前，应按其产品说明书及焊接工艺文件的规定进行烘焙和存放。检查数量：全数检查。检查方法：检查质量证明书和烘焙记录。焊工必须经考试合格并取得合格证书。持证焊工必须在其考试合格项目及认可范围内施焊。检查数量：全数检查。检查方法：检查焊工合格证及其认可范围、有效期。焊工单位对其首次采用的钢材，焊接方法，焊后热处理等，应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。检查数量：全数检查。检查方法：检查焊接工艺评定报告。7.3一般项目焊接中预热温度、层间温度、后热温度应当符合焊接规范的要求

24、焊缝和热影响区表面不得有裂纹、气孔、咬边、夹渣、凹坑、未填满等缺陷。7.3.3 焊缝表面质量及检验方法符合下表7.3.3的规定焊缝表面质量及检验方法表 7.3.3项目允许值（ mm）检验方法深度 0.5咬边连续深度 100焊缝两侧总长度 10%L用焊接检验尺检查罐体对接焊缝深度 0.5各部位焊缝环向 10%L凹陷总长度焊缝 100连续深度纵向焊缝不允许角变 12 10壁板焊缝12 25 8用 1m长样板尺检查形 25 6纵向 10 1对接接头焊缝 100.1 且 1.5用刻槽直尺和焊接检验的错边量环向 8（上圈壁板） 1.5尺检查焊缝 8（上圈壁板）0.2 且 3角焊缝焊角搭接焊缝罐底与罐壁连

25、接的焊缝其他部位的焊缝按设计要求用焊接检验尺检查注：板厚；L长度焊缝表面缺陷磨除后的表面若低于母材，应当及时进行修补。焊缝表面及两侧应当打磨平滑或加工成具有1:3 及以下的坡度。焊缝无损检测检验 （ PT、RT、UT、MT）应严格按照 钢制压力容器无损检测JB4730-1994 、 ASME规程（第和卷）及钢制焊接石油储罐（ API Std 650-2007）相关要求执行。质量检验使用坡口检测尺，配合使用直尺。温度检测使用红外线温度计。安全措施8.1认真贯彻执行国家有关安全生产法规，认真贯彻执行有关施工安全规程同时结合公司实际，制定安全生产制度和奖罚条例，并认真执行。8.2牢固树立“安全第一”

26、和思想，坚持预防为主的方针，对职工经常进行安全生产教育定期开展安全活动，充分认识安全生产的重要性，掌握一定的安全生产知识，对职工进行安全生产培训在安全生产上，一定要克服麻痹思想。8.3坚持所有进入施工现场的人员必须戴安全帽，每天上班前检查车间用气体的安全措施。8.4搞好安全用电，所有电缆，用电设备的拆除，作业现场照明等均由专业电工担任，要使用的电动工具，必须安装漏电保护器，值班电工要经常检查，维护用电线及机具，保持良好状态，保证用电安全。8.5各种施工机械编制操作规程和操作人员岗位责任制，专机专人使用保管，特殊工种必须持证上岗。8.6切实搞好防火，氧气，乙炔气，CO2气要放在规定的安全处，并按

27、规定正确使用，车间，工具房，操作平台等到处设置足够数量的灭火器材，电焊，气割，先注意周围环境有无易燃物后再进行工作。8.7做好防暑降温，防风，防雨，防台风和职工劳动保护工作。8.8起重指挥要果断，指令要简单，明确按“十不吊”操作规程认真执行。8.9定期进行安全检查。8.10库房材料成堆，成型，成色进库，整洁干净钢材必须按规格品种堆放整齐；油漆材料，焊材等辅助材料要存放在通风库房，并堆放，并有标识以便识别。8.11要使食堂，厕所等特殊部位保持清洁防止流行性病毒的传播，积极采取预防措施，保证职工健康。8.12场容整洁，宣传标志，安全标志醒目。8.13加强现场消防，治安保卫工作。8.14切实加强火源

28、管理车间禁止吸烟，电，气焊及焊接作业时应清理周围的易燃物，消防工具要齐全，动火区域要安放灭火器，并定期检查。环保措施9.1应加强对职工的环保培训和环保教育，增强环保意识。9.2对施工人员进行文明施工教育，加强职工的文明施工意识。9.3责任区域管理，划分责任范围，定期进行文明施工检查。9.4固体废弃物应分类存放，设置临时堆放点。应有醒目的标识、标明种类、名称等；废料要及时清理，保证施工场地的清洁和施工道路的畅通。9.5做好成品的外观及形体保护，减少污染。9.6在通风条件差的封闭场所作业，或扬尘污染严重的作业环境应采取通风措施，作业人员配备合理的防护用品。9.7电焊工在进行电焊作业时，焊工必须穿好

29、工作服、戴好手套和鞋盖以防止电弧光灼伤皮肤；同时必须使用镶有特制防护眼睛片的面罩来保护眼睛不受电弧光的伤害。9.8应从改革工艺及采取各种消声措施来控制和减弱噪声源。在噪音严重的环境下作业的工作人员，应使用耳塞、耳罩等个人防护用品。效益分析10.1本工法将工程施工的速度加快，极大的提高了工作效率，缩短了工期，保证并且提前完成工作任务，为扩大企业规模创造了有利条件，降低了成本，企业获得了经济效益，社会效益和环境效益明显。10.2本工法的应用，焊接质量得到进一步的提高，产品质量快速提升。应用和实例11.1西澳铁矿项目浓密机钢结构工程工程概况2010 年我公司承建的西澳铁矿项目浓密机钢结构工程，为我公司承担施工的国外项目钢结构构筑物的重点工程，是进一步提高公司品牌效益、开拓海外市场的标志性工程。该工程为直径达45m高度 16.5 米的大型铁矿储罐，共两台， 单台用钢量达450 吨，下部为 H型钢骨架支座，储罐下部呈圆锥体形，上部为圆柱体，壁板厚度为14mm。壁板焊缝设计均为一级焊缝，并要求用X 射线检测合