3万立方米储罐自动焊接方法的应用

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。

1.焊接方式

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。

2底板搭接角焊缝焊接

2.1 埋弧焊设备

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。

2.2 焊接原理

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。

2.3 埋弧焊优点和缺点

（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。

2.4 焊前和焊接过程的控制

（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。

3.壁板环缝的埋弧横焊

3.1 焊接设备

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。

3.2 工艺原理

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。

3.3 埋弧自动横焊特点

（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。

3.4 焊接顺序

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。

3.5 焊前和焊接过程的控制

（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。

4.壁板与底板之间大角缝焊接

4.1 焊接设备

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。

4.2 焊接顺序

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。

4.3 焊前和焊接过程的控制

（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。

5.壁板纵缝的气电自动立焊

5.1 气电自动立焊设备

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。

5.2 工艺原理

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。

5.3 气电自动立焊特点

（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。

5.4 焊前和焊接过程的控制

（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。

6.结语

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。