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储罐焊接技术的研讨

浏览次数: 日期:2018年3月23日 15:20

( 秒速时时彩|秒速时时彩开奖直播-秒速时时彩开奖纪录第三工程公司,      刘仲民  西安市阎良区  邮编710089 )

 

 

      金属储罐按其结构型式可分为卧式和立式两类罐,按其承受压力情况可分为压力容器和常压容器两类罐,按其储存介质种类的不同又可分为储气、液、油和水等四类罐,无论是哪一类储罐,其焊接技术都非常重要

 

关键词    金属焊接     储罐材质     自动焊技术

中图分类号:TG445 (工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接> 焊接工艺 > 埋弧焊(焊剂层下焊)   

 

   金属储罐按其结构型式可分为卧式和立式两类罐,按其承受压力情况可分为压力容器和常压容器两类罐,按其储存介质种类的不同又可分为储气、液、油和水等四类罐,无论是哪一类储罐,其焊接技术都非常重要。

 

1   金属储罐焊接

1.1 储罐焊缝对焊接质量要求极高,因为储罐运行和服役工况环境十分恶劣和苛刻、不是潮湿腐蚀环境地带,就是高温高压环境,所以,金属储罐焊接技术至关重要,焊接乃是储罐制作技术的关键工序环节,必须遵照相关技术标准规定,焊接前需进行焊接工艺评定(目前,执行NB/T47014-2011和ASME(Ⅸ)-2010)。并对持证焊接工进行现场焊接考试。不得忽视。

1.2  20世纪90年代以来,我国各类储罐的发展都趋于大型化,即高参数、大容量倾向状态,它们从设计本身就对容器材质及其焊接要求相当高。压力容器对焊接要求相当苛刻,要求尽可能完全采用各种自动成型焊接技术,以确保其焊接质量和焊接接头的设计与使用寿命要求;不仅航空航天运载及飞行设备焊接、航舰、核电设备、石油管线粗径管和高压高温特种设备的焊接,就连普通钢结构、常压容器、槽罐和塔器等的焊接,大多数情况下,也要求实现全自动焊接。像大型金属储罐,从目前国际国内实际焊接发展情况来分析,尤其主张自动焊接(质量高),但我国焊制储罐的实际状况仍处在由焊条(手工)电弧焊逐渐转向各种自动焊技术过渡阶段,譬如,在国家能源战略2~16m3 大型储罐焊接施工中,为能提高生产率和减少焊接变形,焊接自动化技术日渐得以应用和发展,21世纪,新一轮焊接技术的关键,就在于解决各种焊接成型自动化控制,由此可见,自动焊技术的应用前景十分看好,技术潜力大,值得推广。

 

 储罐材质焊接性分析

2.1  随着设计水平的提高,以及我国新型钢铁冶炼技术能力的提高,大多储罐用材基本上结束了国外引进的局面。我国各大钢铁集团生产的压力容器用钢和复合钢板已能满足多种储罐的焊接性能需求,基本上不再从国外进口,但仍有一些特殊的储罐制作与组焊,还继续需要引进国际焊接技术,甚至连同设计及其焊接用材,都要靠国外进口。

2.2  Q345R(原16MnR)、Q345DR(原16MnDR)是焊接性能相当成熟的压力容器用钢。目前,大多数储罐都被设计选用,Q235C/Q235B、Q245R(原20R/20G)/304等,也常被国内各种储罐选用,但近年来,由于石油资源紧张,国家开始创建10万m3大型原油储罐以来,日本产SPV490压力容器高强度钢板却长期占领了国内大型原油储罐钢板供应市场,美国产的A553(Ni9A516Gr.60、A537Gr等低温钢板也一直占领着国际大型双壁低温(液化天气热LNG和液化石油气LPG)储罐的钢板供应市场,随之而来的是必须进口英国以及德国的低温罐建造设计和焊接设计和焊接材料、焊接设备甚至焊接工艺国际焊接监理等,这样一来,肯定会造成国内大型储罐和低温储罐的建造周期延长,建造成本加大,这种现象与目前我国制订开发120座10万m3 以上大型原油储罐和21座5~16万m3 低温储罐的石油经济能源战略方针极其矛盾。鉴于此,国产压力容器高强度调质钢板12MnNiVR板已经成功替代了日本产SPV490板,其焊接性完全完全适应日产钢SPV490,结束了日本钢板一统天下的局面,现在宝钢产B610E(08MnNiVR)高强度调质钢板进一步得到应用,而大型低温罐的内壁版至今,仍只能靠美国进口(A553(Ni9))/A537Gr钢板,其外壁已可用美国产A516Gr.60或中国产的16MnDR,国产低温罐16MnDR靠其良好的焊接性能基本上可替代美国产的A516Gr.60钢板。

2.3  复合板是由不锈钢和碳钢在其夹层间利用超声波能量经过爆炸焊接加工复合而成的新型焊接材料。目前,被压力容器压力管道及耐蚀性金属槽、罐等产品所采用。复合板是一种由基层和复层复合而成的双层金属板,其基层主要满足结构强度和刚度的要求,而复层满足耐磨、耐蚀等性特殊性能的要求,通常复层只占总厚度的10%~20%,可节约大量的不锈钢或钛、镍等贵金属,具有很高的经济利用价值,因此,日益被广泛应用于石化行业的常、减压装置、催化装置中常压塔、减压塔、分馏塔、汽提塔等圆筒形壳体,既可满足使用性能也可减薄壁厚和自身质量,同时,减少焊接工艺难度,并降低了焊接材料的成本费用。但是,由于复合钢是由2种化学成分、力学性能等差别都很大的金属复合而成,复合板设备制造过程中机加工工艺及各种质量检查的控制指标比普通设备要求都要高,而复合板焊接又属于异种钢焊接,是最易出现也是最难处理的问题,因为在复层和基层之间所存在着的过渡层焊接属异种钢的焊接。因2种金属差异相当大而容易引起脆化,导致热裂纹的产生。因此,焊接关键问题是过渡层焊接。目前广泛使用的复合板,其基层材质为:Q235B、20R、Q345R、15CrMoR;复层材质为:06Cr19Ni10、00 Cr19Ni10、0Cr18Ni9、304、304L、316、316L、0Cr13Al Cr18Ni9Ti(321)等。其过渡层们就是上述碳钢与不锈钢所组成的异种钢,这就要求必须彻底攻克过渡层(异种钢)的焊接技术。

 

焊接技术

3.1  焊接原则上要求尽可能采用各种自动焊技术。埋弧自动焊技术经常被应用在各类储罐焊接中,自动熔化极氩弧焊多用于储罐管子对接、管板角接焊口焊缝中,而药芯和实心焊丝的二氧化碳自动焊接技术日渐成熟,尤其是药芯焊丝的二氧化碳自动焊技术,焊缝韧性良好,焊接成本低,且焊接效率很高。近年来,这些技术,已经迅速被各种储罐焊接应用并得到推广,如石化行业大型原油储罐和石化能源行业低温罐等的焊接,均已使用该项新技术。与埋弧焊、氩弧焊相比,其焊接焊接成本低、焊接质量良好、焊接生产效率高,明显呈现自动焊接的三大优势。由于CO2焊接采用的是大规范焊接参数,电源外特性可实现恒压稍升或稍降(平硬)特性,其熔滴可直接以粗或细丝熔化产生细小颗粒或潜弧喷射小滴迅速过渡到熔池中,以使得其形成的焊缝更不易出现气孔,且焊接飞溅变得小。在CO2焊接中,以恒流-等速送丝焊机(MM350型MAG脉冲半自动焊机)焊接性能最佳,其电源外特性可实现双阶梯多折线特性,属新型焊机。焊接过程中稳弧且无飞溅,喷射过渡、成形优异且节能。可实现单旋钮操作控制,其焊接接头的力学性能(强度、韧性等)极优,而且,焊接效率很高,这正是此焊接技术得以积极推广的优势所在。目前,在部分产品焊制中,药芯CO2焊接、气体保护焊(如20%Ar+CO2Ar+CO2 A r 、 A r+ He等),正在替代埋弧自动焊和焊条电弧焊(SMAW)和手工钨极氩弧焊(GTAW/或TIG),这些新技术已经成熟,并不同程度地用于生产中。大力提倡并推广自动焊接技术,迫在眉睫,势在必行。这一点毋容置疑。

3.2  严格意义上讲,埋弧自动焊并不是自动化焊接,仍需要人工配合完成其焊接操作,仅仅可视作半自动焊接。埋弧焊的优势主要体现在焊接厚壁容器上,而且是20世纪50年代就发展起来并在70年代已经开始使用在容器行业上的突破性焊接工艺,目前仍是压力容器类储罐焊接的关键技术。但不久,药芯和实芯焊丝的二氧化碳自动焊,气体保护焊(MAG)、熔化极氩弧焊(MIG)焊等焊接技术的优越性会更进一步体现出来,更新工艺和更新技术也会逐渐被人们接受并认可,储罐焊接技术终将会让自动焊一统天下。随着数字焊接技术和微机控制焊接技术的不断发展及应用,焊条电弧焊和手工钨极氩弧焊终将也会让位于各种自动焊,甚至最终会被完全取代。

3.3   从目前发展情况看,储罐尤其是大中型各类储罐,大多数都由焊条电弧焊向自动焊技术不断过渡。随着未来焊接发展的总趋势来分析,大型储罐底板平焊和平角焊,必须采用碎丝、细丝埋弧自动焊;而罐壁罐横位环焊缝,必须采用细丝埋弧自动焊;立位纵焊缝,必须气电立焊或者热丝氩弧焊,也可以用药芯焊丝二氧化碳保护焊;罐顶板既可以用药芯或实芯焊丝二氧化碳保护焊,也可以用细丝埋弧自动焊。总之,我国储罐标准已经这样规定,大型特别是大于3万m3的国家战略储备石油库的储罐焊接,必须全部使用各类自动焊技术。

3.4  碎丝埋弧自动焊是引进日本的焊接技术,常被10万m3以上大型油罐底板焊接所采用,其罐底边缘板和中幅板焊制而成。中幅板宜先使用焊条电弧焊手工封底,碎丝埋弧自动焊盖面工艺。自动焊工艺采用碎丝埋弧焊时,焊丝应和相同化学成分的细焊丝切割成与细焊丝直径大约相等的长度(即碎焊丝),以此碎丝渣焊缝坡口,要求碎焊丝材料与埋弧焊焊丝相同,其尺寸为¢1x1mm,应将碎焊丝均匀地散布到坡口内,对于大型双壁低温罐,其内壁应使用专用的埋弧自动焊机(国外国内均生产,美国。加拿大和新加坡的产品性能更可靠些),采用美MILEIER(米勒)公司产DYNASTY300型手工氩弧两用焊机进行焊条电弧焊封底、热丝氩弧焊焊接立位焊缝,埋弧自动焊焊接环焊缝。这是由于低温罐本身要求低热输入才能充分保证焊接低温韧性的缘故。

3.5  复合板焊接难度较大,过渡层焊接处理也比较复杂。可分基层、过渡层和复层不同类来焊接。在进行复合钢焊接工艺评定试验时,往往是冲击和弯曲比较容易合格但拉伸却并不见得很容易合格,这是因为,两层金属的强度自身差异就明显偏大的缘故,断裂时分两个阶段,先是基层碳钢被拉断,随后一段时期,才是复层不锈钢逐渐被拉断。经折合,换算,最终才可得出其焊缝的拉伸断裂极限强度值。这一点,和其他材质略存不同。焊接时,基层用气体保护焊(20%Ar+CO2)、埋弧自动焊,而过渡层、复层可采用气体保护焊(20%Ar+CO2A r),焊条电弧焊和TIG手工钨极氩弧焊仅仅用在管道复合材料焊接打底上,储罐和槽罐焊接中因其生产效率较低不被采用。

 

 

金属储罐焊接尽管推广自动焊很多年,但目前还仍处在过渡阶段,但随着大型储罐、容器的不断建造,为保证焊接质量,推行自动焊是必须的,是符合科学要求的。然而,球罐和低温罐焊接中,因为自动焊技术仍不成熟,有时手工焊仍时断时续地运用。经过近15年来的焊接实践,已经表明:焊接技术必须更新,有赖于更先进的焊接自动化技术和焊接机器人去努力实现焊接自动化。焊接自动化,肯定是焊接工作者今后不懈努力的方向。

 

参考文献

1   中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册:材料的焊接:  第2卷  [M].2版.北京:机械工业出版社,2003.

2   陈伯蠡.  焊接工程缺欠分析与对策 [M].北京:机械工业出版社,1998.

3   高云贵  程铁军、李颂宏,等  国产12MnNiVR 板代替日产 SPV490板在大型储罐焊接中的焊接 [J]

焊接技术, 2005,34(4):74-76.

4   张桂红, 杜少卿,吴忠宪. 大型油罐底板焊接法——碎丝埋自动弧焊[J].  安装, 2003(5):15

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