淺談大型金屬儲罐焊接過程中的質(zhì)量通病及預(yù)防措施

陳智

摘要：隨著火力發(fā)電廠的建設(shè)，大型金屬儲罐作為火電廠化學(xué)水儲存的必備設(shè)施，其焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響電廠的安全運(yùn)行。為了保證金屬儲罐的焊接質(zhì)量，必須采取合理的焊接方法和完善的質(zhì)量控制措施。本文主要針對金屬儲罐焊接過程中易產(chǎn)生的缺陷，從人、機(jī)、料、法、環(huán)等五個(gè)方面進(jìn)行剖析，提出了控制焊接質(zhì)量的有效措施，從而保證了儲罐的順利完工。新疆中煤北二電廠除鹽水儲罐工程施工證明，焊接質(zhì)量與各項(xiàng)參數(shù)均滿足技術(shù)要求，對今后大型金屬儲罐倒裝法施工焊接質(zhì)量控制具有指導(dǎo)作用。

Abstract： With the construction of thermal power plants， large-scale metal storage tanks are essential for chemical water storage in thermal power plants. The quality of welding directly affects the safe operation of power plants. In order to ensure the welding quality of metal storage tanks， reasonable welding methods and perfect quality control measures must be taken. This paper mainly focuses on the defects that are easy to occur in the welding process of metal storage tanks. It analyzes the five aspects of man， machine， material， method and environemnt， and puts forward effective measures to control the welding quality， thus ensuring the smooth completion of the tank. The construction of the demineralized water storage tank project of Xinjiang Zhongmeibei No. 2 Power Plant proves that the welding quality and various parameters meet the technical requirements， which will guide the future welding quality control of large metal storage tanks.

關(guān)鍵詞：大型儲罐;焊接;質(zhì)量控制

Key words： large storage tank;welding;quality control

中圖分類號：TE8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0119-04

1? 工程概況

隨著近幾年國家對火力發(fā)電廠的批復(fù)大力發(fā)展，大型金屬儲罐的制作蜂擁而至。大型儲罐施工中，焊接質(zhì)量在很大程度上斷定了儲罐的使用壽命。中煤北二電廠3000m3除鹽水儲罐，直徑：18.9m，高度：11.76m;罐底中幅板材質(zhì)為Q235，厚度為10mm;邊緣板材質(zhì)為Q235，厚度為12mm;墊板厚度為5mm;壁板材質(zhì)為Q235，厚度（自下而上）分別為：14mm、12mm、12mm、10mm、8mm、6mm。加強(qiáng)施工中的過程控制，針對儲罐在組對和焊接過程中可能出現(xiàn)的缺陷與質(zhì)量問題，提前制定質(zhì)量預(yù)控措施以減少缺陷與問題發(fā)生。

2? 大型儲罐焊接常見缺陷及原因

2.1 儲罐橫向焊縫缺陷

①底部焊縫成型不好;主要原因：焊絲與罐壁的角度及位置不正確;構(gòu)件的融合區(qū)過大，易產(chǎn)生高溫裂縫;根部底面熔合不良，會產(chǎn)生夾雜;②燒穿現(xiàn)象;原因：焊接速度慢，電弧停留時(shí)間長;坡口對接間隙較大;焊絲距根部太近;焊接電流過大。③外層焊縫成型不良;原因：焊絲的位置不正;④氣孔;原因：焊縫中有大量水分，表面有氣孔時(shí)，內(nèi)部也有氣孔;⑤夾渣;原因：坡口形狀不規(guī)則，坡口太窄，不利于熔渣上浮;熔池溫度低，液態(tài)金屬黏度大，焊接速度大，凝固時(shí)熔渣來不及浮出;手工填縫未除去焊渣;背面焊縫清理根部不徹底。

2.2 立焊縫常見缺陷

①焊縫表面缺陷;原因：斜口表面微大于銅滑塊尺寸;焊絲位置極度地靠近底部焊接電壓小于規(guī)定值;②焊縫融合區(qū)出現(xiàn)未平滑過渡;原因：銅尺寸比斜口上下尺寸大;銅與鋼板有間隙;③焊縫表面傾斜向一側(cè);原因：滑動(dòng)銅塊中心與坡口中心偏移;發(fā)現(xiàn)兩鋼板的錯(cuò)口大;④產(chǎn)生氣泡;主要因素：氣體CO2氣體純度因素，含水量超標(biāo)規(guī)定值;氣體流量的大小;金屬熔池各方面因素不合適;坡口內(nèi)附著水氣;⑤不規(guī)則的夾渣、缺陷裂紋（橫向?qū)挾绕顬?.5-2mm）原因：銅滑塊不均勻上升，有急距跳動(dòng)現(xiàn)象;焊絲距銅滑塊太近。

3? 預(yù)防焊接變形技術(shù)措施

3.1 人員組織

①施工人員必須進(jìn)行安全技術(shù)交底，施工前安排體檢，確認(rèn)符合參加高空作業(yè)條件。

②施工人員應(yīng)熟悉圖紙，已貫徹施工技術(shù)措施內(nèi)容，關(guān)鍵工序要點(diǎn)，掌握工期要求、規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

③儲罐焊接的焊接工要持有勞動(dòng)局簽發(fā)的特殊焊工合格證，要持證上崗，施焊鋼材種類、焊接方法和位置確定等均應(yīng)和焊工考試內(nèi)容相符。

④根據(jù)儲罐焊接工藝的要求，必須監(jiān)理公司組織有資格的焊工，資格合格的焊工在范圍內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場相對應(yīng)科目考試，考試合格后方可上崗作業(yè)。

⑤掌握焊接材料的焊接性能事，必須在施焊前編制施工方法和實(shí)施要求的評定并焊接工藝評定報(bào)告編制焊接工藝方案，指導(dǎo)焊工施焊和焊后熱處理工作。

3.2 設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)

在工作中焊機(jī)是強(qiáng)迫風(fēng)冷的，很容易從周圍吸入塵埃并積存于機(jī)內(nèi)，定期對電焊機(jī)內(nèi)部的壓縮空氣清除一次內(nèi)部粉塵。檢查焊機(jī)電源、母材接地良好，規(guī)范。檢查焊機(jī)電壓表、電流表，測量原動(dòng)機(jī)三相電流是否平衡，測量磁放大器輸入輸出電壓。會影響焊接操作，各項(xiàng)檢驗(yàn)檢測合格。加強(qiáng)焊接設(shè)備維護(hù)檢查，定期做好保養(yǎng)。

3.3 金屬與焊接材料驗(yàn)收、使用與管理

3.3.1 金屬材料的管理

①儲罐本體用料必須有質(zhì)量合格證明書。

②制作儲罐選用的鋼板，應(yīng)具有良好的表面質(zhì)量，必須逐張進(jìn)行檢查，不得有起皮、夾渣、溶渣裂紋等現(xiàn)象。鋼板表面存在減薄處，本身質(zhì)量缺陷或劃痕深度與鋼板理論總偏差之和δ=6mm，對其中劃痕較深的部位必須進(jìn)行補(bǔ)救或消缺，并對該部位進(jìn)行100%復(fù)檢。對復(fù)檢不合格的鋼板禁止使用。借助BIM三維技術(shù)，組裝成三維動(dòng)畫演示模式。鋼板的尺寸，儲罐組裝、水箱組裝等間隙偏差，便于各構(gòu)件的下料、組裝。

③由有關(guān)人員按NB/T470031-2014《鋼制焊接常壓容器》及DL/T5210.8-2014《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評價(jià)規(guī)程》等有關(guān)規(guī)定規(guī)范對所有構(gòu)件進(jìn)行檢查、并做記錄，檢查記錄偏差超出規(guī)程的，單獨(dú)存放，并且做好缺陷處做好標(biāo)記，同時(shí)會同專業(yè)技術(shù)人員對問題進(jìn)行會審、針對存在的問題制訂措施進(jìn)行整改。

3.3.2 焊接材料管理

①根據(jù)圖紙的要求，水箱焊接選用T42？準(zhǔn)3.2mm、？準(zhǔn)4.0mm 焊條。焊接前，所有焊條必須按規(guī)范要求分批次進(jìn)行抽查，復(fù)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符規(guī)定并做好檢驗(yàn)批的記錄。

②焊條的儲存和保管。

1）施工現(xiàn)場設(shè)有焊條存放二級庫，庫內(nèi)應(yīng)做好防潮、防水、防腐蝕等措施，并配備相應(yīng)的設(shè)施、設(shè)備，保管員，庫房內(nèi)有溫度計(jì)、焊條必須是較干燥的倉庫，室內(nèi)溫度不應(yīng)低于10℃，相對濕度應(yīng)小于60%。

2）焊條存儲、距離底面高300mm，離墻面300mm 以上存放，以免受潮。按型號、批次、規(guī)格分類碼放，并標(biāo)簽，做好出入庫記錄。

3）存儲庫內(nèi)嚴(yán)禁放置有害氣體和腐蝕物料，做好監(jiān)測記錄，庫房保持整潔。

③焊條烘干。

焊條應(yīng)按照包裝說明的烘干溫度和時(shí)間進(jìn)行烘干。如果焊條廠家未明確烘干溫度和時(shí)間時(shí)，應(yīng)按以下原則進(jìn)行：酸性焊條對水分不敏感烘干溫度為70-150℃，保溫烘干一小時(shí)，緩冷卻到100℃然后保溫烘箱進(jìn)行保溫，隨用隨取;堿性焊條必須烘干溫度為350-400℃，保溫兩小時(shí)，緩冷至100℃，然后轉(zhuǎn)至保溫箱中存放，隨用隨取。烘干焊條每層焊條不能堆放太厚（一般1-3層）以免焊條烘干時(shí)受熱不均和潮氣不易排除。

④建立焊條領(lǐng)用、回收制度。焊條烘干與發(fā)放一律由焊條烘干室統(tǒng)一管理，使用時(shí)焊工必須配備性能良好的保溫筒，每次領(lǐng)取數(shù)量一般不得超過5kg，每次剩余焊材，標(biāo)記清楚，妥善保管，做好回收記錄。下次使用先前剩余焊材。

3.4 設(shè)備組裝與焊接

3.4.1 組裝技術(shù)措施

儲罐排版要符合《立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工規(guī)范》GB50128-2014規(guī)范的要求，焊縫要分散、對稱布置。

底板邊緣板對接接頭采用不等間隙，間隙要外小內(nèi)大;采用反變形措施，在邊緣板下面安裝楔鐵，補(bǔ)償焊縫的角向收縮。

壁板卷制中要用弧形樣板檢查邊緣的弧度，避免壁板縱縫組對時(shí)形成尖角?？捎没⌒伟宥ㄎ豢刂瓶v縫的角變形。

3.4.2焊接技術(shù)措施

焊接作業(yè)指導(dǎo)書在儲罐焊接前應(yīng)根據(jù)焊接工藝評定報(bào)告編制完成，采取對稱焊、分段焊、跳焊等方法減少焊接變形。

①儲罐焊接順序。以倒裝法拱頂儲罐的焊接順序：中幅板焊縫→罐底邊緣板臨近邊緣的300mm部位對接焊縫→頂層壁板縱縫→包邊角鋼與頂層壁板角縫→罐頂板焊縫→罐頂板與包邊角鋼角縫→其他各圈壁板的縱縫和環(huán)縫→先底圈壁板縱焊縫，后施焊儲罐底與儲罐壁板連接縫→邊緣板對接焊縫→邊緣板與中幅板之間收縮縫。

②罐底焊接工藝。中幅板短焊縫→中幅板長焊縫→罐底邊緣板臨近邊緣的300mm部位對接焊縫→底層壁板縱縫焊完后，焊接罐底與壁板連接處角焊縫→其他邊緣板對接焊縫→中幅板與邊緣板之間的收縮縫。

罐底焊接變形的措施：

1）邊緣板采用隔縫焊接，先外側(cè)300mm左右的焊縫，由里向外焊接，注意層間接頭相互錯(cuò)開30-50mm，邊緣板的焊接先留有四道收縮縫，待其它焊縫對稱施焊完畢后再焊接這四道收縮縫。

2）中幅板焊接先焊短焊縫、后焊長焊縫，最后施焊通長縫，首先使中幅板由單塊焊接成兩塊一組。焊前要將長焊縫的定位焊點(diǎn)全部鏟開，用定位板固定。按照罐中心向四周并隔縫對稱焊接原則，進(jìn)行分段焊或跳焊。

3）罐底與罐壁連接角焊縫：先縱向焊縫，再焊環(huán)向焊縫底圈縱向焊縫、再焊底圈罐壁與罐底的角焊縫，其它相鄰兩圈壁板的縱焊縫焊完后，再焊其間的環(huán)向焊縫。由數(shù)對焊工對稱均勻分布，同方向分段進(jìn)行焊接。第一層焊道要分段退焊或跳焊法進(jìn)行。

③罐壁焊接工藝。

罐壁縱向焊縫→組對第一圈和第二圈環(huán)焊縫→組對縱向焊縫焊接活口→第一圈與第二圈環(huán)縫→縱向焊縫活口焊縫→下一圈壁板縱向焊縫。依次類推。

壁板控制焊接變形的措施：

1）壁板焊接要先縱縫、后環(huán)縫，環(huán)縫焊工要對稱分布，沿同一方向施焊。

2）找底焊時(shí)，焊工要分段跳焊或分段退焊。

3）在焊接薄板時(shí)，應(yīng)采用？準(zhǔn)3.2的焊條，采用小電流、快速焊的焊接參數(shù)施焊，用小焊接熱輸入，減少焊縫的熱輸入量，降低焊接應(yīng)力，減少焊接變形。

罐壁縱焊縫焊接（壁厚S>10），見圖1。

罐壁縱焊縫焊接（壁厚S≤10），見圖2。

罐壁環(huán)焊縫焊接（6≤壁厚<12），見圖3。

罐壁環(huán)焊縫焊接（S<12），見圖4。

④罐底焊接工藝。

1）徑焊縫采用間隔錯(cuò)縫，采用分段進(jìn)行對稱焊接，從中心向兩端分段跳焊，焊接速度保持一致。

2）焊接頂層與包邊抗拉環(huán)、抗壓環(huán)時(shí)，焊工應(yīng)對稱分布，按順序并同一方向分段跳焊，勻速焊接、焊接距離不宜間隔過大。

3.4.3 降低焊接應(yīng)力的措施

①設(shè)計(jì)措施：減少焊縫的數(shù)量和尺寸;合理安排焊縫的位置;選用合理的的焊縫尺寸與形狀。

②工藝措施：為有效地減小焊縫熱塑變的范圍和溫度梯度的幅度采用較小的焊接線能量，以降低焊接應(yīng)力;消氫治理，選用低氫型焊條來降低焊縫的含氫量，焊后及時(shí)處理消氫，能有效降低焊縫中的氫含量，預(yù)防氫導(dǎo)致應(yīng)力集中影響熱影響區(qū);焊后熱處理;利用振動(dòng)法來消除焊接殘余應(yīng)力合理安排焊接順序，焊接后立即對焊件全部或者局部焊縫進(jìn)行加熱或保溫，使其緩冷的工藝措施，有自由收縮的余地，降低焊接的殘余應(yīng)力;焊后熱處理拉伸補(bǔ)償焊縫收縮，后熱可減少焊縫中的氫的影響使之與焊接影響區(qū)同時(shí)拉伸和同時(shí)壓縮，降低焊接殘余應(yīng)力;層間進(jìn)行錘擊，同樣也減少焊接殘余應(yīng)力;避免焊接接頭中出現(xiàn)馬氏體組織;焊接高強(qiáng)鋼時(shí)，選用塑性較好的焊條;后熱處理，改善焊接接頭的焊后組織和性能或消除殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理。

3.4.4 預(yù)防焊接變形的措施

①選擇合理的焊接工藝：要所有焊縫合理安排位置，所有焊縫與構(gòu)件截面要與中性軸對稱;焊前進(jìn)行裝配，預(yù)置反方向變形量為抵消（補(bǔ)償）焊接變形。焊接接頭、坡口形式、焊接位置、焊接參數(shù)、焊縫形式及形狀尺寸、預(yù)熱及道間溫度、后熱及焊后熱處理等因素在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載力;合理選擇焊接工藝，盡可能減少焊縫截面尺寸。

②焊接方法的專用評定：采用接頭、填充金屬、焊接位置、預(yù)熱（后熱）、氣體、技術(shù)措施分別對各種焊接方法影響程度可分為重要因素、補(bǔ)加因素和次要因素。改變?nèi)魏我粋€(gè)因素，都要重新進(jìn)行焊接評定。

③合理的工藝措施：選擇適合本工程焊接材料;選擇合適的焊接工藝，編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書;選擇合適的焊接參數(shù)與焊接熱輸入;合適的焊接操作方法;正確選擇焊后熱處理的方式;控制熱熔合比;合理的焊接順序。

3.4.5 矯正焊接變形技術(shù)措施

焊接變形超出規(guī)范要求時(shí)，可通過機(jī)械矯正、火焰加熱矯正兩種方式。

搭接焊接如圖5。

①機(jī)械矯正。采用龍門架、千斤頂對局部變形處加壓，產(chǎn)生與焊接變形相反方向的塑性變形，矯正焊接后殘余變形。也可采用錘擊法使材料延伸以補(bǔ)償焊接收縮產(chǎn)生的變形。但要注意用墊板對罐體進(jìn)行保護(hù)，不能留有錘痕。

②火焰加熱矯正。焊接變形也可以采取火焰加熱急冷的方法消除，在高溫時(shí)因不均勻加熱，產(chǎn)生局部結(jié)構(gòu)壓縮性變形，冷卻收縮后，抵消了在該部位的伸長變形，達(dá)到矯正的目的?；鹧婕訜岢C正壁板時(shí)，可采用梅花點(diǎn)狀加熱，增加矯正效果。

3.5 焊接環(huán)境

手工電弧焊風(fēng)速<8m/s;氣體保護(hù)電弧焊及藥芯焊絲電弧焊<2m/s;焊接濕度<90%;其他特殊天氣;環(huán)境>5℃以下。注意：現(xiàn)場環(huán)境溫度相對于距離水箱表面0.5～1m處。

3.6 焊縫檢驗(yàn)

①外觀檢測：焊縫表面的形狀尺寸及外觀質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求;焊縫表面不允許存在裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔、外露夾雜、未焊滿等現(xiàn)象;容器焊接后應(yīng)檢查幾何尺寸，并在圖紙要求范圍內(nèi)。

②無損檢測：超生波檢測、磁粉檢測、滲透檢測。

③耐壓試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)。盛水試漏：焊縫外表面清洗并干燥，盛滿水后，檢查焊縫，無滲漏為合格;煤油滲透試驗(yàn)：將焊縫一側(cè)表面清洗干凈，涂以白堊粉漿，晾干后，在焊縫另一面涂以煤油，經(jīng)半小時(shí)后進(jìn)行檢查，以白粉上無油漬為合格;液壓試驗(yàn)：待容器達(dá)到試驗(yàn)壓力后，穩(wěn)壓30分鐘，檢查所有焊縫與連接部位，以容器無泄漏、無變形為合格;抽真空試驗(yàn)：罐底應(yīng)采用真空箱法進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)負(fù)壓值不得低于55kPa，無滲漏為合格。

4? 小結(jié)

隨著國家“一帶一路”建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，將極大帶動(dòng)沿線發(fā)展中國家的基礎(chǔ)建設(shè)。BIM三維動(dòng)畫演示、BIM5D項(xiàng)目管理的新技術(shù)的引進(jìn)。減少了其中電力基建更為直接，因而大型儲罐的焊接質(zhì)量必須得到保證。大型儲罐的設(shè)計(jì)、選料、裝配組裝、焊接及焊后監(jiān)測都必須嚴(yán)格控制。尤其在焊接過程中，焊前預(yù)控、焊中過程控制及焊后真空度檢測是保證大型儲罐建造質(zhì)量的關(guān)鍵工序。因此，金屬儲罐的質(zhì)量必須從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)方面，層層控制，嚴(yán)格按規(guī)范與圖紙施工、檢測。

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