大型儲罐底板的CO2焊+碎絲+SAW焊接

代淵雄，于海洋，崔 崗，陳俊峰，任志勇

1.遼河油田建設工程公司，遼寧盤錦 124012

2.昆侖能源（遼寧）有限公司，遼寧盤錦 124010

3.大慶油田有限責任公司第二采油廠，黑龍江大慶 163414

大型儲罐底板的CO2焊+碎絲+SAW焊接

代淵雄1，于海洋2，崔 崗3，陳俊峰1，任志勇1

1.遼河油田建設工程公司，遼寧盤錦 124012

2.昆侖能源（遼寧）有限公司，遼寧盤錦 124010

3.大慶油田有限責任公司第二采油廠，黑龍江大慶 163414

承建的兩臺10萬m3原油儲罐，底板直徑＞80m，每臺焊縫延米近2600m，焊接量極大，焊接變形累積效應嚴重。而焊接底板的傳統(tǒng)工藝是SMAW+SAW，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，所需焊工多，對焊工操作技能要求高，焊接缺欠和焊接變形很難控制。介紹了CO2焊+碎絲+SAW焊的新工藝，以及該工藝所涉及的場地布置、設備選擇、輔助設備制作、焊接材料確定、焊接參數(shù)范疇、具體操作方法、注意事項；同時描述了底板的組對方法及預防焊接變形所采取的措施等。新工藝操作簡單，實現(xiàn)了焊接自動化，提高了焊接速度和焊接質(zhì)量，降低了焊接綜合成本。

儲罐底板；焊接方案；CO2焊；埋弧焊

大連中石油國際儲備油庫二期工程，總?cè)萘繛?25萬m3。遼河油田建設工程公司承建的兩臺10萬m3儲罐，每臺儲罐底板的中幅板和走廊板的規(guī)格為12 170mm×2 410mm×12mm，材質(zhì)Q235B，共用整張板117張，加各種異型板共計 163張；邊緣板33張，規(guī)格為7 632mm×1 900mm× 20mm，材質(zhì)為12MnNiVR/08MnNiVR（國產(chǎn)）。罐底直徑80.37 m（包括按1‰標準的放大量）。中幅板和走廊板焊縫2 294 m，PT檢驗；邊緣板對接焊縫57 m，要求100%RT檢驗；龜甲縫241 m?？傆嫼缚p2 592 m。底板焊縫一次合格率≥90%，罐底凹凸度≤50mm，棱角度≤8mm。采用真空箱法進行嚴密性試驗，試驗負壓值不低于53 kPa。

罐底板采用6mm襯墊板進行焊接，由于罐底直徑超過80 m，拼接焊縫總長度近2 600 m，焊接量大，需要焊工多。鋼板塊數(shù)多，組對難度大，加上CO2焊和SAW的焊接線能量大，焊接應力的累加效應會使焊縫產(chǎn)生嚴重的棱角變形和底板凹凸變形。如果不采取措施，將嚴重地影響施工工期和焊接質(zhì)量。

1 焊接施工方案

1.1 電源布置

因儲罐直徑大，既要考慮單臺焊機功率滿足焊接半徑的最大化，又要盡量減小各種焊接電纜、控制線及保護氣體輸送管道的長度，還應方便各種線路進出罐，因而選擇在第一圈壁板適合大直徑開孔的地方，且呈180°角設置兩個焊接電源點。

1.2 底板組對

首先，按底板組裝圖1所示，將第一張走廊板寬度方向的中心線（x軸）和長度方向的中心線（y軸）的交點對準罐底的圓心，且板的x、y軸與儲罐的x、y軸重合，采取底板和墊板同時鋪設，但不點焊固定。并從底板的圓心向x軸和y軸兩側(cè)同時對稱鋪設，直至把全部中幅板和走廊板及墊板鋪設完成。焊縫組對示意如圖2所示，間隙控制在4～6mm，且要均勻。

圖1 底板組裝、焊序示意

圖2 焊縫組對示意

1.3 定位焊方法

為了減小應力，防止焊縫產(chǎn)生棱角變形和底板凹凸變形，可先將圖1中的1、3、5號焊縫中的底板與墊板焊接點固。定位焊的方法是每200mm點焊縫長度為30mm，見圖3。

圖3 定位焊方法

待1、3、5號焊縫打底焊完成后，再定位焊接2、4、6號焊縫。當2、4、6號焊縫焊接完成后，再定位并焊接走廊板兩邊的7號長焊縫。以此類推，按照上述順序完成8、9號，10、11號和12號焊縫的定位焊及打底焊。最后點固焊接13號長焊縫。并按此方法配置相同偶數(shù)人員，可在底板的另一半圓同時進行定位和焊接。定位焊縫最好能根據(jù)每天底板完成的焊接工作量，將下組的墊板定位焊接好。這樣，既可以保證第二天不窩工，又可避免定位焊縫因應力造成斷裂至墊板下墜，也能減小焊接應力在整個底板的疊加。

1.4 焊接輔助設備的制作

為了讓CO2焊和SAW焊實現(xiàn)自動化，根據(jù)底板都是直線長焊縫的特點，參照火焰切割機和焊接小車行走滾輪的寬度，用30mm×2 m和40mm×2 m角鐵，分別制作兩種型號單元長度的行走軌道。為便于單人操作，根據(jù)實踐經(jīng)驗，每臺焊機配備軌道的最佳長度是3節(jié)。

根據(jù)大連地區(qū)6月份有風天氣多、且風向變化快的氣候特點，為了擋風，可用白鐵皮制作一個長×寬×高為400mm×200mm×200mm的無蓋無底長方體箱子，用螺絲固定在火焰切割機上，再把焊槍伸進箱內(nèi)并固定在火焰切割機上。

1.5 焊接設施

1.5.1 CO2焊接設備及其附件

（1） 焊接電源。因儲罐直徑大，作業(yè)點距離遠，焊接電纜長，故選擇唐山松下YD-500CL型晶閘管控制MIG/MAG這種較大容量的弧焊電源。

（2）自動機構(gòu)。配置YW-50CA型送絲機，使焊絲能連續(xù)向熔池均勻送絲。但焊槍沿焊接方向移動和沿焊縫橫向擺動，還要依靠焊工操作焊槍來完成，故只能半自動CO2焊接。為了實現(xiàn)由機械移動焊槍，可配置CG1-30型火焰切割機（行走機構(gòu)），使固定在火焰切割機上的CO2焊槍在自制的軌道上自動均勻行走；利用固定焊槍的橫向手動絲杠，完成焊槍沿焊縫橫向的擺動，達到焊接自動化的目的。

（3）焊槍。選擇推絲式的鵝頸式焊槍。為了防止飛濺堵塞噴嘴，提高使用效率和延長焊槍使用壽命，應配備耐高溫的硅油。同時，還要準備充足的容易損壞的消耗零件，如導電嘴，圓柱形噴嘴和陶瓷分流環(huán)等，以防窩工。

（4）供氣裝置。按40 L的CO2普通氣瓶，能裝25 kg液態(tài)CO2，氣化后的體積是12 725L。可按15L/min的耗氣量計算，一瓶氣可使用14h。再根據(jù)作業(yè)時間、焊工數(shù)量、換氣頻率和運輸距離，每臺焊機應配備3～5個鋼瓶和加熱減壓流量計1套。

（5）其他。購置≥60 m的焊接電纜、控制線、CO2氣體輸送導管及上述三種快速接頭等。

1.5.2 SAW焊機及焊接工具

選用LINCOLN DC-1000型焊接電源，配林肯ELECTRIC型焊接小車，同時配備≥60m的焊接電纜、控制線，為便于拆裝，中間連接選用快速接頭。配備毛刷、焊絲剪刀及簡單維修工具。

1.6 焊接材料

（1）CO2焊材料。為了保證焊接質(zhì)量，CO2氣體的純度應＞99.5%，瓶內(nèi)壓力≥0.1MPa。當環(huán)境溫度高于-11℃時，液態(tài)CO2的比容（體積／質(zhì)量，L/kg）比水大。根據(jù)這一特點，可以判斷氣瓶中的水分在下層，CO2液體在上層。而CO2氣體中的水分，會導致焊縫產(chǎn)生氣孔，因此在使用CO2氣前，若含水量過高，可在現(xiàn)場進行脫水提純處理，保證CO2氣體的純度。CO2焊絲為RM-56、準1.2mm實芯焊絲。定位焊時，為防止焊縫斷裂，最好使用J426或J427焊條，用前350℃烘烤1～2 h。

（2）SAW焊接材料。使用JW-準4.8mm焊絲，配用HJ431焊劑（烘烤150～300℃），允許使用4 h，無重復烘烤記載?；蚺溆萌债a(chǎn)MF-33H焊劑，此種焊劑保護效果好、無聲，但易堵。為了減小SAW焊熱影響區(qū)的寬度、粗晶粒傾向，減少變形，提高熔敷率，節(jié)約電能和焊材，使焊縫美觀，選擇YK-C、準1.0mm×1.0mm的碎焊絲。

1.7 焊接參數(shù)

（1）CO2焊接參數(shù)。因儲罐底板基礎(chǔ)呈上拱的圓錐形，焊縫有一定角度，特別是走廊板兩側(cè)的長縫，故大都采用下坡焊、左焊法。坡口間隙4～6mm，準15mm噴嘴，焊絲直徑1.2mm。焊槍傾角85°～90°，CO2氣體流量Q＝10～25 L/min，噴嘴與熔池的距離8～15mm，焊絲伸長度8～10mm，焊接電流I、電壓U應根據(jù)單臺焊機的性能、焊接電纜的長度和電流表、電壓表靈敏度等現(xiàn)場具體情況確定。一般為I=180～210 A、U=25～30 V，行走速度μ在2.5～3檔位，即0.5～1.0 m/min，電源極性為直流反接，焊縫厚度3～5mm。

（2）SAW焊接參數(shù)。根據(jù)實踐經(jīng)驗，上坡焊時，焊接參數(shù)稍小，焊縫外觀飽滿，焊縫中間稍高。下坡焊時，焊縫平滑美觀，故大都選擇下坡焊。焊縫高度可用碎絲調(diào)整，一般加至坡口面0～2mm。焊縫寬時，稍減慢焊接速度。選用準4.8mm焊絲，焊絲伸出長度15～20mm。焊接電流、電壓根據(jù)單臺焊機特性、焊接電纜長度和電流、電壓表靈敏度，憑經(jīng)驗具體確定，電源極性為直流反接法。上坡焊：I=650～700 A，U=40 V，μ=10～11檔；下坡焊：I=680～800 A，U=41 V，μ=9～12檔。

（3）底板的焊接順序和方法。先短縫，后長縫。先邊緣板、中幅板、走廊板，后角焊縫，最后龜甲縫。中幅板和走廊板采用CO2焊+碎絲+SAW焊，邊緣板采用SMAW焊，大角縫采用SMAW焊+SAW焊，先內(nèi)側(cè)打底，再焊外側(cè)，焊完外側(cè)，然后焊內(nèi)側(cè)，多名焊工或多臺SAW焊機均按同一方向焊接。龜甲縫采用SMAW焊。兩個半圓最好安排相同的偶數(shù)焊機進行焊接，這樣也可抵消一些應力。中幅板兩端150mm長度暫時不焊，并點焊背杠、加斜鐵壓緊鋼板，以防變形。待中幅板和走廊板短縫焊完，點固走廊板長縫后再焊接。

2 CO2打底焊的實施

2.1 操作方法

焊前準備工作做好后，將焊機面板上的焊接方法鍵切換到CO2焊，焊絲材質(zhì)檔調(diào)到實芯位，焊絲直徑調(diào)至1.2mm位置，輸出控制程序開關(guān)調(diào)至分別調(diào)整，功能切換鍵調(diào)至收?。ㄓ校n，按氣體控制檢氣檔調(diào)好CO2氣體流量后，再復位至焊接位置，把CO2預熱器接通AC 36 V電源。啟動焊機。

按下坡焊、左焊法，把3節(jié)自制軌道依次連接在焊縫一側(cè)，使軌道與焊縫平行，火焰切割機放置軌道上，固定好防風裝置，CO2焊槍固定在火焰切割機上，調(diào)整好焊槍，使焊槍對準坡口中心，與坡口兩側(cè)呈90°，焊槍后傾角度85°～90°并來回推切割機，調(diào)整軌道，使焊炬從軌道的一端到另一端都始終對準坡口中心。

第一，古村古鎮(zhèn)群完全可以通過科學方法有效地謀劃，切實地實施，形成和諧共生的發(fā)展格局。“識別共性，確定整體性；分析個性，尋求獨特性；謀劃路徑，形成共生性”的古村古鎮(zhèn)群旅游共生發(fā)展的“三步驟”路徑，在我國相關(guān)區(qū)域的古村古鎮(zhèn)群的旅游業(yè)共生發(fā)展的決策中，可以起到?jīng)Q策支持作用。同時，也可以在進一步實證的基礎(chǔ)上，推廣到相關(guān)具有同質(zhì)屬性的旅游景區(qū)群的發(fā)展決策工作中，作為參考性依據(jù)。

裝好焊絲，把電流、電壓及行走速度調(diào)至平時的經(jīng)驗值位置，按下焊接開關(guān)后，立即把火焰切割機開至前行位置。進入自動焊接時，隨時觀察熔池、焊縫成形、焊縫厚度是否有缺陷，及時調(diào)整和修正焊接參數(shù)，注意焊接電纜不要影響切割機行走，并隨時把送絲機挪到適當?shù)奈恢?，把焊接完的軌道搬到預備焊接的位置。如此往復挪動軌道，直至焊完整條焊縫。焊縫應平整，厚度在3～5mm。凹凸不平的焊縫要打磨平整，為SAW焊奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 常見焊接缺陷產(chǎn)生原因及預防措施

（1）未融合。由于電流小，焊速過快，電壓低，間隙過大等，可以采取修正焊接參數(shù)，嚴格裝配間隙。

（2）焊漏。因電流大，底板與墊板的固定焊縫間距長，或定位焊縫斷裂至墊板下凹時容易焊漏或竄絲，可調(diào)整電流，把墊板拉起，使底板與墊板貼合嚴密，或改用手工操作。

（3）CO氣孔。由于焊接速度過快，熔池在凝固時CO氣體來不及逸出，導致在焊縫中形成氣孔。應減慢行走速度，使CO氣體有時間充分逸出。選擇有脫氧元素（如Si和Mn）的焊絲。

（4）氫氣孔。它主要來源于焊絲、鋼板表面的油污和鐵銹、鋼板表面和CO2氣體中所含的水分。而焊絲是新進的合格產(chǎn)品，不存在油污和鐵銹的問題，鋼板坡口是等離子切割的，只有少量的氧化鐵，可用砂輪清除。施工正值夏天，坡口表面有水分，特別是早晨的露水或雨水，用火焰烤干后才能焊接。對CO2氣瓶中的水分，可利用加熱裝置或倒置氣瓶放水的方法排水，并立正開閥排放空氣和水分，保證CO2氣體的純度。

（5）氮氣孔。它是焊接過程中常見的氣孔。當空氣侵入焊接區(qū)，CO2氣體不純、氣體流量過小、CO2氣體壓力過低、甚至氣瓶已經(jīng)用完而未發(fā)現(xiàn)，部分噴嘴被飛濺堵塞，CO2氣流紊亂，噴嘴與工件距離過大，焊接速度過快，焊接場地風速過大，電弧電壓太高，焊接電流不穩(wěn)等，都會導致焊縫產(chǎn)生氣孔。預防措施：稍加大氣體流量，更換氣瓶，清理噴嘴，修正焊接參數(shù)，選擇優(yōu)良的焊接設備，完善擋風措施，有雪天氣和風速＞2 m/s時應停止焊接。

3 碎絲埋弧蓋面焊的實施

3.1 操作方法

把焊接電纜理順到最大化一次焊接長度的位置，且不影響焊接小車的行走。開焊藥、啟動焊接開關(guān)后，打開行走開關(guān)。整個焊接過程只需要1個操作者完成，掃焊藥，添加焊藥，轉(zhuǎn)運軌道，理順焊接電纜，并隨時觀察焊縫成形，以便修正焊接參數(shù)。故此，操作者必須集中精力、認真細心操作。

3.2 常見焊接缺陷及預防措施

（1）焊縫過低、兩邊未焊滿。由于碎焊絲少，焊接速度快，拉應力大或組裝間隙大導致焊縫太寬。適當增加碎焊絲，減小行走速度，稍增大電壓，操作絲杠，使焊槍做橫向擺動，達到增大焊縫寬度的目的。或采取一層2道的焊接方法。

（2）跑偏。小車輪受焊接電纜拉偏，軌道擺偏，軌道長時間使用變形，坡口不均，致兩點一線的局部焊縫偏離焊縫中心，焊藥堵塞，慌亂中疏通焊藥和添加焊藥時觸動軌道。應及時理順電纜，找正軌道，校直校平軌道，認真操作，嚴格坡口下料和裝配尺寸。

（3）引弧困難。按下焊接鍵后，小車要走20～30mm才能引弧焊接，原因是焊接電流、電弧電壓過小，但大都是碎絲加在焊絲周圍所致。由于碎絲和焊絲接觸面積增大，降低了焊絲頂端單位面積的引弧電壓、電流值，使引弧困難。故在焊接前，要用焊藥隔開碎焊絲與焊絲的接觸面，并用剪刀把焊絲剪成斜坡形，減小焊絲與鋼板的接觸面積，保證單位面積的引弧電壓、電流峰值，提高引弧率。

（4）其他焊接小技巧。停焊熄弧時，停送焊藥，先按行走停止鍵，再按焊接停止鍵，立即點按上絲鍵。這樣操作，既可防止沾絲，又可防止弧坑，收尾焊縫飽滿。對埋弧焊的啟焊和收弧焊縫，檢查、發(fā)現(xiàn)缺陷及焊接不到位時，可做適當?shù)暮笚l電弧焊修補處理。

4 結(jié)束語

遼河油田建設工程公司承建的兩臺10萬m3儲罐，其底板應用了CO2焊+碎絲+SAW的焊接工藝。與傳統(tǒng)工藝比較，實施的操作方法簡單，實現(xiàn)了自動化，降低了焊工的勞動強度，焊接速度至少提高了1倍，保證了工期；節(jié)約了電能和焊材，降低了焊接綜合成本；提高了焊接質(zhì)量，底板的凹凸度和棱角度都在控制標準的允許范圍內(nèi)。

[1]梁文廣，楊穎鎮(zhèn)，趙振海．CO2氣體保護焊[M]．沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，2007：205.

CO2welding+fragmentarywire+SAWfor large tank bottom welding

DAIYuanxiong1，YU Haiyang2，CUIGang3，CHEN Junfeng1，REN Zhiyong1
1.Liaohe Oilfield Construction Engineering Company，Panjin 124010，China
2.Kunlun Energy（Liaoning） Company Limited，Panjin 124010，China
3.No.2 Production Plant of Daqing Oilfield Company Ltd.，Daqing 163414，China

In constructing two 10×104m3crude oil storage tanks with the bottom diameter greater than 80 m，the total weld length of each tank is close to 2 600 m，so the welding work amount is huge and accumulated welding deformation is serious.Traditional welding process of tank bottom is SMAW+SAW，which has the disadvantages such as low working efficiency，great labor strength，many welding workers with high operation skill needed，and difficult control of welding defects and deformation.The mew welding process of CO2welding+fragmentary wire+SAW used in the construction of the large tank bottom is described， which includes site arrangement， equipment selection， auxiliary equipment manufacture，welding materialand welding parameters determination，concrete operation method and precautions，also includes the assembly method of bottom plates and the measures of preventing welding deformation.This new process is easy to operate and realizes automatic welding.It increases welding speed and quality，decreases welding cost.

tank bottom plate；welding scheme；CO2welding；submerged arc welding

代淵雄（1960-），男，湖南武岡人，高級技師，IWS資質(zhì)，企業(yè)培訓師Ⅲ級，主要從事鍋爐壓力容器和石油、天然氣站場工藝管道焊接工作。Email：daiyuanxiong@yeah.net

2017-04-10

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.012