大型立式水泥储罐焊接质量管理与控制

黄鹿

1 引言

近几年我国钢产量年均超亿吨，钢制容器储罐与钢结构建设的发展达到了一个较好的发展时期。焊接作为连接钢材的主要方法，在钢结构及钢制容器中发挥了重要作用。据统计，约50%以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此，提高焊接质量与水平是实现钢结构技术发展的关键。水泥储罐的建造则是钢结构建筑与钢制压力容器储罐的有机结合体。由于水泥储罐存放介质的特殊性，水泥罐虽不等同于传统意义上的压力容器或储罐，但承建水泥储罐筒体下端及锥体受到很大的压强，所以整个生产过程节点中的焊接质量控制尤为重要。本文以两台ϕ11000mm×32000mm大型立式水泥储罐为例，具体介绍焊接质量的控制与管理。

2 焊前准备各节点的控制与管理

2.1 母材的检验

工程中所用材料的质量是决定工程质量的关键，其中包括对储罐所用的钢板、钢管以及其他型钢、附件、设备等供应厂商的资质审核。材料必须具有相应的合格证明书，当无质量证明书或对质量证明书有疑问时，应进行复验，检查所用母材是否进行过外观处理，其表面质量、表面锈蚀减薄量、划痕深度是否符合GBJ128-90的有关规定。

2.2 焊材的验收

焊接材料应具有质量合格证明书，根据焊接工艺选用正确的焊条、焊丝和气体，其中焊条与焊丝合格证明书内容应包括熔覆金属的化学成分和机械性能。

2.3 设备的管理

现场设备主要包括焊机（接线、焊钳及焊枪）、碳弧气刨机、磨光机、焊条烘箱及保温筒等。应确保财产安全，合理摆放与保养焊机，正确使用焊接设备，定期进行除尘与点检。

2.4 焊工培训与管理

参加本项目施焊的电焊工需要通过水泥储罐的焊接工艺、施焊安全培训与焊接操作考试，取得相应的项目合格证书，才能上岗进行焊接操作。对所在的施焊班组进行焊接技术交底，对现场焊接施工实行工序报检制，加强质量巡检力度，确保焊接施工一次成功。

只有对“人、机、料、法、环”做出以上保障，焊接质量的控制才有据可施。

3 施焊过程各节点的控制与管理

节点控制是指在建设工程与制造过程中，对各项工序的交接点、时间控制点，用一定有效的方式，对照原制定的进度计划与质量目标，对进度与质量进行控制与检测。该项目所设计的钢结构立柱高近13m，罐身高约18m，整体的结构跨度大，所以抗震性能设计对主要钢结构焊接质量要求很高。项目主要制作节点包括罐顶、罐身、裙座、锥体、钢结构支撑的制作以及梯子平台与接管设备的安装，水泥储罐简图及各节点标识如图1。

3.1 板材的控制选择

考虑到水泥储罐的用途与性能，故而采用焊接性较好的Q235B低碳钢板材。从车间内的卷板完成到施工现场的装卸运输，应尽量避免加工好的板材变形与磨损，保证板材精度良好。罐身的围板厚度为10mm与12mm，裙座的上下平台厚度为32mm，中间的筋板厚度为12mm，锥体的围板厚度为16mm。

3.2 坡口和组对选择

根据钢板厚度不同，钢板坡口可采用不同的坡口形式：V型坡口。去除坡口内部及两侧20mm内的油、水、锈及污物，需要进行无损探伤的焊缝应采用磨光机将坡口及两侧打磨出金属光泽。

3.3 焊接方法的选择

此水泥储罐项目采用的焊接方法为CO2焊与焊条电弧焊。CO2焊焊接效率高、成型好，裙座的厚板焊接选用该方法；罐身的环纵焊缝焊接则采用焊条电弧焊。

3.4 保证焊接环境

CO2焊接属于熔化极气体保护焊接，对风力特别敏感，因此要做好防风措施。当CO2焊遇到施焊周围风速＞2m/s、焊条电弧焊遇到施焊周围风速＞10m/s时，在无防风措施环境下禁止施焊；另外，遇到雨雪天气、焊件温度＜-20℃时，禁止施焊。每个焊工都必须遵循“明火十不烧”的要求。

3.5 焊前预热与烘干保温

考虑到室外作业气温低下，厚板在焊接过程中容易产生淬硬组织或气孔裂纹等缺陷，所以在焊前必须采取预热措施。预热的范围，不得小于焊缝中心线两侧各三倍板厚，且不小于100mm。钢板预热温度见表1。

将J422焊条放进烘箱进行150～200℃的烘焙，保温0.5～1h后置于保温筒内，随用随取，焊条重复烘干不超过三次。

3.6 控制焊接线能量

焊接过程中，必须把两种焊接方法的线能量平均限制在40kJ/cm以内，包括焊接操作过程中电弧的摆幅、焊接的层间温度控制、电流电压的调节以及速度的控制等。

3.7 确定焊接步骤

正确确定焊接步骤，可有效缩短施工周期、控制焊接变形，几大焊接节点的焊接步骤确定如下：

（1）罐身的焊接

将围板装配固定好，先进行纵缝的立焊，再进行环缝的横焊，最后进行罐身周围加强圈的间断焊（间距为150mm、焊缝长度为200mm的平角焊与仰角焊）。

（2）裙座的焊接

考虑到整体翻转锥体与裙座的可能性较小，对于裙座上下平台中壁厚δ＝32mm的对接焊缝，采用背面带衬垫的单面焊双面成型方式，坡口角度为45°±5°的V型坡口，装配间隙为7±1mm进行施焊。

（3）锥体的焊接

将加工好的锥体装配固定好，先进行外部纵缝的立焊，再进行外部环缝的横焊，翻转吊装后，用碳弧气刨进行背面清根磨光，再进行内部的立横焊接。

3.8 焊接材料及工艺参数的选择

焊接工艺调节要根据实际生产情况而定，根据不同的焊接位置、焊接条件选择符合产品质量的工艺参数与焊接操作方法（如焊枪/焊条行进角度、焊丝干伸长、摆弧方式等），焊接工艺参数见表2，裙座的上下平台对接焊接工艺参数见表3，锥体的焊接工艺参数见表4。

3.9 对质量管理人员的要求

图1 水泥储罐简图及各节点标识

表1 钢板预热温度表

表2 罐身的焊接工艺

表3 裙座的上下平台焊接工艺

在QC工作过程中焊接检验员应严格遵守职业道德规范，监督检验每一道焊缝；学会配以焊角尺、卷尺以及防爆强光手电等检测工具；把关每一道焊缝的目测质量的同时，将每一道重要焊缝编号记入检验记录；加强对现场质量的巡检力度，及时接受现场管理人员的节点报检验收；遇到对质量不负责、野蛮施工的现象应及时制止并责令整改，情节严重者将采取罚款措施进行有效管理。

4 焊缝检查与检测

4.1 外观检查要求

根据水泥储罐施工要求及工艺规范，焊缝的外观检查主要包括以下几个方面：

（1）焊缝周围熔渣、飞溅需清理干净，焊缝表面不得有裂纹、气孔、夹渣和弧坑等缺陷。

（2）焊缝的咬边深度不得大于0.5mm，咬边的连续长度不得大于100mm。

（3）焊缝两侧咬边的总长度不得超过该焊缝的10%。

表4 锥体的焊接工艺

表5 焊缝的余高要求

图2 罐体制作

图3 裙座制作

图4 锥体制作

图5 总体预制完成

（4）罐壁纵向对接焊缝不得有低于母材表面的凹陷。

（5）水泥储罐在进料过程中对内壁焊缝的摩擦阻力较大，焊缝余高要求见表5。

4.2 无损检测要求

外观检查合格后，根据JB/T4730-2008Ⅱ级标准检测立缝及横缝第9～12圈壁板的焊缝，对1～12圈环缝及12圈纵缝进行40%煤油渗透检测，T字缝要求100%的UT-Ⅱ合格，并进行10%的RT抽检；裙座上下平台32mm板材对接焊缝根据标准60%RT-Ⅱ合格的检测要求，最后出具相关检测报告，完善后一并列入最终的竣工资料。

4.3 检验结果

通过对每道焊缝的检查与验收，外部检测与内部探伤均应符合要求，焊缝总体质量良好。对不合格的焊缝根据PDCA—戴明法则的工作要点，依据标准与规范制定出检验计划，检验每个项目，得出检验结果并作出整改，整改记录记入工作档案。

预制完成后等待翻身吊装，罐体制作节点见图2，裙座制作见图3，锥体制作见图4，总体预制完成见图5。

5 结语

目前我国大型立式水泥储罐正在向大容积和相关产业化方向发展，因此确保大型储罐的质量尤为重要。从大型储罐的选材组装到焊接的每个环节都必须严格控制。在焊接质量控制中，焊前准备、焊接过程及焊后的控制是提高大型储罐建造质量的关键。因此，大型储罐的施工必须做好重大节点的控制，从质量控制的重点出发，做到轻重并举、因材施检、因材施控。

[1]张善诲.质量管理方法及应用[M].北京：中国计量出版社,2007,1:1-3.

[2]李亚江.焊接质量控制与检验（第二版）[M].北京：化学工业出版社,2008,4:1-2.

[3]承压设备无损检测JB4730-2005[S].