大型球罐的焊接

2024-05-09

大型球罐的焊接（精选5篇）

大型球罐的焊接篇1

摘要：通过对15MnNbR钢制5000m3球罐的设计技术研究, 对大型球罐焊接材料、焊接工艺、焊后处理及检验进行了详细地施工设计, 确保了球罐的焊接质量, 为今后同类项目建造提供了借鉴。

关键词：球罐,焊接

一、球罐所用材料

球罐壳板采用材料为15MnNbR (正火) 。15MnNbR是在16MnR的基础上, 通过添加Ni、Nb、V等合金元素, 使其具有良好的综合机械性能。满足GB6654—1996《压力容器用钢板》标准的要求, 并对其化学成分、力学性能和冷弯性能进行复验, 化学成分按炉号复验, 力学性能和冷弯性能按批号复验。其中冲击功三个试样均应保证AKV≥34J (冲击试验的温度为-20oC) 。球壳用钢板逐张进行100%UT检测, 按JB/T4730-2005《压力容器无损检测》中规定进行检测, Ⅱ级合格。

二、焊接材料当地

15MnNbR钢板具较高强度和韧性, 这就要求焊接接头具较高强度, 同时要保证冲击韧性具较大储备, 要求焊接材料应有良好焊接性能。球罐本体焊接材料用“E5515-G”焊条, 焊接用手工电弧焊, 15MnNbR与15MnNbR、16MnR、20MnMo锻件之间采用“E5515-G”焊条, 焊条直径应为φ3.2mm和φ4mm。焊条熔敷金属化学成分、力学性能、弯曲性能应符合JB/T4747—2002《压力容器用钢焊条订货技术条件》的规定, 焊条熔敷金属扩散氢含量[H]≤3ml/100g。扩散氢试验方法按GB/T3965-1995《熔敷金属中扩散氢测定方法》执行。所有焊接均为连续焊, 焊脚高度按较薄件厚度, 所有角焊缝应圆滑过渡。焊条质量证书 (包括熔敷金属的化学成分、机械性能、扩散氢含量等) , 应符合本JB/T4747—2002《压力容器用钢焊条订货技术条件》的规定。对于不能实现双面焊的法兰和接管的对接焊缝采用氩弧焊打底, 焊丝牌号H10MnSi, 且符合GB/T14957-1994《熔化焊用钢丝》中要求, 并按有关规定进行验收。

三、焊接工艺

球罐正式施焊前必须按JB4708-2000进行焊接工艺评定, 按立焊、横焊和平焊加仰焊三种焊接位置分别评定, 并达到相关标准和本技术要求的规定。焊接应在焊接工艺评定所确认的范围内进行, 严格控制焊接线能量和层间温度, 选择较小的焊接线能量, 多道施焊, 确保焊缝的冲击韧性指标。人孔凸缘、接管与极板的焊接, 接管与法兰的焊接, 其焊前预热推荐采用150oC~200℃, 预热宽度为每侧距焊缝中心132mm, 测温点距焊缝中心50mm处对称测量。焊接层间温度应在150℃至250℃之间。焊缝各层焊接接头错开50mm以上, 每层焊缝焊完后, 应打磨清理与焊层齐平后方可进行下层焊接, 因故中断焊接时须立即进行焊后消氢处理, 再行施焊前进行预热, 并确认无裂纹后再按原评定合格的焊接工艺要求继续施焊。受压焊缝焊后应立即进行焊后消氢处理, 后热温度至少为200℃~250℃, 保温0.5h~1h。双面焊对接焊缝单侧焊接后应进行背面清根。当焊缝用碳弧气刨清根时, 必须用砂轮磨掉渗碳层, 修整刨磨使其成U型, 槽底半径应控制R=5mm左右, 坡口形成后应按JB/T4730-2005进行100%PT检测, 按GB12337-1998验收。球壳组装时, 相邻两带的纵焊缝及球罐人孔、接管、连接板等与球壳板的连接焊缝至球壳板的对接焊缝和相互间焊缝边缘间的距离均大于200mm。对人孔、接管与极板的焊接、支柱与赤道板的焊接还应采取控制焊接变形措施。焊后球壳板曲率应控制在标准规定的允差范围内。支柱与赤道板焊接完毕后, 用弦长不小于1000mm的样板检查赤道板的曲率, 最大间隙不得大于2.5mm。人孔、接管开孔位置及外伸高度的允许偏差不大于5mm。开孔极板周边100mm范围内及开口中心一倍开孔直径范围外, 用弦长不小于1000mm的样板检查曲率, 最大间隙不得大于2.5mm。人孔凸缘与极板对接焊缝形式的棱角E (包括错边) , 应打磨成圆滑过渡, 用弦长不小于1000mm的样板检查, 其棱角E应小于或等于6mm。

四、无损检测

焊缝表面的形状尺寸及外观检查合格后, 且在焊后24 h后, 方可进行无损检测。球壳的所有对接焊缝应进行100%RT检测合格后, 再对该焊缝进行100%UT检测复查。其中RT应符合JB/T4730-2005中的Ⅱ级要求, UT应符合JB/T4730-2005中的Ⅰ级要求。球罐C、D类焊接接头及A、B类焊接接头的内外表面, 支柱与赤道板的角焊缝表面及焊接工卡具清除后的焊迹及热影响区, 均在热处理前和水压试验后分别进行100%MT检测, 检测结果应符合JB/T4730-2005中的Ⅰ级要求。探伤工作应在48 h后进行。

五、修补

焊缝表面的修补, 需按评定合格的工艺进行, 打磨的焊缝必须圆滑过渡, 并符合相应规定。焊缝的内部缺陷修补是在RT或UT确认后, 用评定合格的焊接工艺进行修补或按专用的补焊工艺, 且应从严控制, 使修补的焊道符合原要求。焊接修补深度大于3mm时, 应按原来的检测方法进行检测, 并符合有关规定。对于补焊深度小于3mm时, 缺陷清除和补焊后, 均应进行MT检测且应符合原有关规定。同一部位的修补不应超过两次, 补焊次数及修补部位都应纪录到球罐竣工验收证明书中。

六、焊后整体热处理

热处理按GB12337-1998要求进行, 推荐焊后热处理温度为580oC±20℃, 恒温时间不小于2 h。当温度升到300℃以后, 控制加热速度在50℃/h~80℃/h范围内, 降温时控制在30℃/h~50℃/h, 300℃以下自然冷却。

大型球罐的焊接篇2

1、目的

为加强焊接材料管理，达到相关标准要求，制定本制度。

2、适用范围

A2压力容器焊接材料采购、验收、标识、储存、烘干、发放、使用和回收。

3、职责

3.1、供应部负责焊材的采购。

3.2、焊材库保管负责焊材的标识别、存储、烘干、发放、回收。3.3、焊接工艺员负责编制焊接材料表，焊接工程师审核。3.4、车间负责焊材的使用管理。

3.4、材料责任工程师负责审核焊材验收入库。

3.5、焊接责任人负责按本制度对相关部门、人员进行考核。4、过程控制 4.1、采购

4.1.1、采购应在焊材合格供方范围内进行，特殊情况不能在焊材合格供方范围内采购的，须将其列为合格供方。

4.1.2、采购的依据为焊接材料表、焊接材料采购规范。4.2验收 5.1 验收依据

相关标准、规范、焊接材料表、焊接材料采购规范、质量体系文件相关要求。5.3 焊材编号验收合格的焊接材料由材料检验员给定焊材编号。6、储存

6.1、焊材库内设置待检区、合格区和不合格区，三区要有明显的标志和界线。库内保持清洁，不得存放与焊材管理无关杂物。

6.2、焊材一级库焊材置于货架，货架离地面、墙壁的距离要≥300mm，室内温度＞5℃，相对湿度低于60%。

6.3、焊材保管员维护相关设施正常工作，设施出现故障及时报有关部门维修、更换。

6.4、焊材保管员对进入一级库的焊材进行标识，分类存放。

6.5、焊接材料入库后即建立焊材台账。台账应日清月结，每批焊材发放完毕，焊材台账，入库验收单、领料单等相关资料交材料责任工程师审核归档。

6.6、焊材保管员每日至少检查一次焊材一级库温湿度情况并及时登记。6.7焊材保管员定期对库存的焊接材料进行检查，并将检查结果作书面记录。发现由于保存不当而出现可能影响焊接质量的缺陷时，及时向主管领导书面汇报。

6.8焊材库存期限不得超过一年，库存期超过规定期限的焊条、焊剂及药芯焊丝，焊材保管员报主管领导经有关职能部门复验合格后方可发放使用或降级使用。

7、烘干

7.1、焊材烘干依据：焊材领用单、烘干委托单、焊材烘干说明、相关标准、规范。7.2、焊条烘干前应检查其外观质量，去除药皮脱落、开裂和偏心与受潮严重的焊条，以确保焊条的使用质量；焊剂烘干前则应筛去碎粉，去除杂物。7.3不同烘干条件的焊材不得同箱烘烤；不同牌号、不同规格的焊条或焊剂同箱烘烤时应放在烘箱内的不同部位并做好标记。不得将冷态焊条直接放入高温烘干箱内，也不得将高温下的焊条直接放入冷态的保温箱或保温筒内，以防焊条药皮骤冷骤热而爆裂。具体操作按烘干曲线。

7.3放入烘箱内的焊条的堆层不应过厚（1～3层），以使焊条受热均匀和容易排除潮气。经烘干后的焊条应存放到100℃～150℃的保温箱内保温，随用随取。保温箱内的焊条应做好标识 7.4每炉烘烤均应做好“焊材烘干记录”。

7.5对回收的焊材的焊剂，使用前仍需按原烘干要求进行烘烤。对低氢型焊条，一般常温下超过四个小时，应重新烘干，重复烘烤的次数不宜超过3次。

7.6、回收的整根焊条应按其牌号规格单独存放，可再进行烘干；回收的焊剂应去除掉里面的碎粉、渣壳及其它杂物，与新焊剂混合烘干后重新使用。8、发放回收

81焊接材料的发放应按先入先出的原则进行。8.2发放依据：经焊接检验员签字的领料单。8．3发放流程：

每天生产车间班组长需将该班第二天生产所需的焊材到生产部开具领料单，经焊接检验员签字后交二级库保管员，以备保管员做烘干准备。8．4焊条头的回收：生产车间班组长每天早上到二级库领焊材时，需将前一天生产所用的焊条头如数退回仓库，下差率不得超过5%，若超过5%，每少一根，给予碳钢焊条头0.5元、不锈头焊条头1元的处罚；若100%退回仓库，给予5元/天的奖励。在退焊条头时，不锈钢焊条头超过40mm,碳钢焊条头超过50 mm。

8.5焊接材料的回收

焊接工作结束后，剩余的焊接材料当天必须回收。回收的焊接材料应满足下列条件： a)标记清楚； b)整洁，无污染。8.6 焊剂的重复使用

焊剂(特别是含铬的烧结焊剂)一般不宜重复使用，但在下述条件都得到满足时允许重复使用：

a)用过的旧焊剂与同批号的新焊剂混合使用，且旧焊剂的混合比在 50%以下(一般宜控制在 30%左右)；

b)在混合前，用适当的方法清除了旧焊剂中的熔渣、杂质及粉尘； c)混合焊剂的颗粒度符合规定的要求。

8.7、焊材保管员并做好“焊材发放与回收记录”，焊条以根发放，领用焊条的焊工及发放人员应签字。

8.8、直径小于等于φ3.2的焊条每次发放限3kg,φ4和φ5焊条每次限5kg。

9、使用

9.1、领用焊材须持领料单，领用焊条须持领料单、保温桶，否则焊材保管员拒绝发放。

9.2、焊材使用依据焊接工艺卡。

9.3、焊前要求必须烘干的焊接材料(碱性低氢型焊条及陶质焊剂)如烘干后在常温下搁置 4 h 以上，在使用时应再次烘干。但对烘干温度超过 350℃的焊条而言，累计的烘干次数一般不宜超过3次。

9.4焊工在领用焊条时应使用事先已加热至规定温度的保温筒。

9.5 焊丝、焊带表面必须光滑、整洁，对非镀铜或防锈处理的焊丝及焊带，使用前应进行除油、除锈及清洗处理。9.6、以下视为违纪

（1）焊条、焊剂、焊丝散落于地面。（2）焊材未置于专用工具或容器内。

（3）超过40mm不锈钢焊条头、超过50 mm碳钢焊条头、超过100mm焊丝头散落于地面。

大型球罐的焊接篇3

关键词：06Cr19Ni10；不锈钢；球罐；焊接

中图分类号：TG406文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0086-02

随着我国经济的飞速发展，对各类压力容器储罐的质量要求也不断提高，压力容器储罐的制造技术也随之不断创新和进步。扬子石化的400 m3环氧乙烷球罐是我国第一台06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐，重量32 126 kg，壳体厚度12 mm，设计压力0.5 MPa，壳体内径Φ9 200 mm。球罐属于赤道正切式支撑、混合瓣式单层球罐，由赤道带、上温带、上下极板等4带组成，共有38块球壳板，其中赤道带板16块，上温带板16块，上、下极带板各3块，对接焊缝长度约228 m，焊缝100%无损检测。

06Cr19Ni10属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A）加3%~5%铁素体（F），具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，用于制造压力容器储罐，既能保证储罐的使用强度，又能满足储罐对耐蚀性的特殊要求；但如果焊接材料选择不当或焊接工艺不正确，极易出现应力集中、夹渣、气孔与焊接热裂纹等缺陷。此外，因其导热性能差，线膨胀系数大，焊接变形也较大。

1焊接性分析

06Cr19Ni10不锈钢球壳板是由大连金鼎石油化工机器有限公司制造，单片球皮压制而成，化学成分及机械性能见表1。

由表1可知，其基本化学成分是C：0.044%，Cr：18%，Ni：9.05%。其中Cr是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象，即在表面形成一层致密的氧化膜，从而使钢材具有抗氧化性和抗渗碳性能，并对钢材的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作用。Ni与Cr配合使用时，可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，经过热处理，可以提高强度，从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能。而P、S为钢中的有害物质，含量稍高就会严重影响钢的塑性和韧性，P能够使钢产生冷脆性，S则产生热脆性。

1.1热裂纹

热裂纹的产生主要是因为奥氏体不锈钢在焊接熔池结晶过程中，导热系数小、线膨胀系数比较大，容易出现晶界偏析，偏析出现的物质多为低熔点共晶和杂质，它们在结晶过程中，形成抗变形能力很低的液态薄膜，最后结晶凝固，当焊接拉应力足够大时，就会发生开裂。由于热裂纹的产生与应力的因素有关，因此，应该正确的选择焊接材料和焊接工艺，采用适当的焊接线能量，严格掌握层间温度，以缩短焊缝金属在高温区的停留时间，尽量降低接头应力，避免应力集中，并采用多层多道焊。

1.2未熔合

产生未熔合的根本原因是焊接热量不够，被焊件没有充分熔化造成的。其原因包括：电流太小，焊速太快，操作不当，起焊时温度太低，坡口及先焊的焊缝表面上有锈、熔渣及污物等。为了防止未熔合现象的出现，焊接过程中应该选择适当的电流（稍大）、焊速（稍慢），正确的极性，注意母材熔化情况，将坡口及前道焊缝上的熔渣及赃物清除干净，起焊时要使接头充分预热，建立好第一个熔池。

1.3夹渣

夹渣主要是由于操作原因，使熔池中的熔渣来不及浮出，而存在于焊缝之中。主要原因包括：焊接电流太小，熔深太小；焊速太快，熔渣来不及浮出；前一层的熔渣清理不干净，接头处理不彻底；坡口处有锈、垢、泥沙等。主要的防止措施有适当调节（加大）焊接电流，控制焊接速度，造成熔渣浮出条件，彻底清理前一焊道的熔渣，彻底清理坡口的油污、泥沙、锈斑等。

1.4未焊透

导致未焊透的原因有间隙过小，坡口歪斜，错边严重；电流过小，焊速过大，电弧偏吹，起焊处温度低；双面焊清根不彻底，坡口根部有锈、油、污垢，阻碍金属很好地熔化。因此，为了有效的防止焊接未焊透，应选择合适的坡口形式，调节电流（稍大）、焊速（稍慢），使接头充分预热，建立好第一个熔池，双面焊清根要彻底，坡口及钝边上的油、锈、渣、垢一定要清理干净。

1.5气孔

出现气孔主要原因有：空气湿度太大；焊条温度太低，焊丝表面不清洁；焊材、母材上的油、锈、水、漆等污物未清理干净；焊速太快，气泡来不及逸出。因此，要严格控制焊条的烘干温度和保温时间；彻底清理坡口及焊丝上的油、锈、水、漆等污物；多层多道焊的各层各道的接头要错开，防止气孔密集；适当增加热输入量，降低焊接速度，以利气泡逸出。

综上所述，应选取正确的焊接材料，制定合适的焊接工艺，严格控制焊接工艺参数，采取合理的焊接顺序，以提高06Cr19Ni10不锈钢球罐的焊缝质量和性能。

2球罐焊接质量的控制

根据现场施工条件，在球罐焊接施工前，应做好必要的准备工作，包括焊接工艺评定、焊工资质确认、焊接设备检验及准备、支柱安装、球壳板检查及组装等，在焊接过程中，焊接材质、焊接顺序、焊接工艺及无损检测制定如下。

2.1 焊材选择

在选择焊接材料时，一般按等强度原则进行选择，既要满足焊接工艺性要求，使接头成分与母材匹配，又要满足强度性能要求。选择使用GTS-308焊丝和A102焊条，其化学成分分别见表2、表3。

2.2焊接顺序

为了使焊接过程中产生的应力分布均匀，减小球罐焊接变形，要做到均匀配置焊工，同时对称焊接，并安排好焊接顺序。焊接顺序的原则是先纵缝，后环缝，先大坡口，后小坡口；顺序为：赤道带纵缝→上温带纵缝→上温带与赤道带环缝→上、下极板纵缝→上、下极板环缝。

2.3焊接工艺

根据焊接性分析，为防止上述焊接缺陷的产生，并减少焊接变形，采用如图1所示的V型对接坡口型式，氩弧焊打底，电焊盖面的多层多道焊接工艺；氩弧焊时在外侧焊接，内部用氩弧把进行充氩保护，氩弧焊内外同步进行；采用小电流、小的线能量。焊接工艺参数见表4。

2.4焊缝质量检验

2.4.1焊后外观检查

焊接过程实行多层多道焊，每道焊缝焊完后，应清除焊缝及两侧的熔渣和飞溅物，焊缝和热影响区不得有焊瘤、咬肉、未熔合、裂纹、咬边、气孔、弧坑及夹渣等缺陷，必要时对焊缝进行局部修整。采用打磨方法去除焊缝表面焊波，打磨后对接焊缝的余高为外表面0~2.5 mm，内表面0~0.5 mm，超高部分应打磨掉。当球罐全部焊缝焊接完成后，应再次对罐体进行尺寸检查，包括球体内径、圆度和焊缝角变形等。

2.4.2焊后无损检测

当焊缝表面形状尺寸及外观检验合格后，再进行焊缝内部检验，检验方法采用100%RT检验，并进行20%UT复验（包括全部T型接头），经无损检测，球罐对接焊缝共拍片2 061张，合格2 046张，一次合格率达99.27%，主要焊接缺陷为夹渣、未熔合等。

2.5焊接缺陷返修

通过无损检测确定焊缝内部缺陷的位置及性质，分析缺陷产生的原因，提出相应的返修方案，并作好焊接返修记录。焊缝的返修执行原焊缝焊接时的焊接工艺，为保证返修焊缝的质量，尽可能减少焊缝的二次返修。对返修及修补后的部位进行无损检测，返修一次性全部合格。

3结语

①拟定的焊接工艺及规程科学、合理，满足有关规范、标准的要求，同时也符合产品设计的技术要求，成功制备了我国第一个06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐。②选用GTS-308焊丝和A102焊条，焊接性能良好，满足06Cr19Ni10不锈钢球罐的设计要求。③采用小电流、小线能量的多层多道焊接，可明显改善和优化06Cr19Ni10焊接接头性能，提高焊接质量。

参考文献：

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球罐焊接缺陷的评定及处理篇4

1 表面缺陷的评定及处理

1.1 评定方法和处理原则

在宏观的检查中可以发现焊缝错边量和棱角度超标的部位,是因为原创制造的缺陷,根据相关原则,为了不妨碍球罐的合理使用,尽量的要保持原创制造,安全等级大约定为3级。

1.2 进一步研究评定方法

介于在宏观的检查中发现的边缘没能填满并出现机械损伤等有关的表面缺陷,用砂轮对其打磨,进行细致的处理,按照准确的比例进行圆弧过度,剩下的壁厚不能小于所能允许的最小壁厚。如果超过了壁厚,那么就要进行无量纲的计算,并给予相应的补焊,与之相关的打磨部位都要进行检测是否合格,确保表面缺陷的消除,安全状况等级可分为2级或是3级。

2 内部缺陷的评定及处理

2.1 缺陷补焊评定

如果在检验过程中发现内部裂纹类型的缺陷,那么就要进行清除,与此同时,对临近表面的隐藏裂纹挖除修复研磨后的凹坑可以利用无量纲计算,如果G9<0.10那么可以存在凹坑,与之相反,必须对凹坑进行补焊,如果是合格的补焊,那么就可以进行定级,2级或者是3级。

2.2 缺陷的处理

(1)对于裂纹产生的原因,我们可以分析为在制作过程中有可能出现焊接的裂纹,在挖除裂纹时可以仔细的观察,裂纹处是有微小的细孔,可能是因为在制造过程中,这些微小的气孔就演变成大的裂纹。还有一种就是这种球罐在冬天的时候施工,在温度比较低的情况下焊接,有时如果不按照规定焊接,焊条烘干程度不够,那么在焊接的时候出现的微孔就会慢慢的变成大的裂纹。

(2)对于技术的要求呢,就是在裂纹补焊的前面,修理单位一定要是专业正规的,工艺试件一定要由修理单位配合焊接,保证技术的要求。而且这些补焊的工作人员一定要有相应的资格证书,并且在焊接前应注意防止焊接处由于冷却过度,而产生的焊接内应力所带来的不良后果,以防止新的裂纹的出现。

(3)补焊步骤方面的处理

可以对缺陷的部位进行超生波检测定位,在有缺陷的地方进行标明注释,在缺陷和球罐壁板接近的一侧用碳弧气创挖除缺陷,并用砂轮打磨,去开坡口,坡口长度要大于100毫米,坡口深度是小于板厚的三分之二,如果缺陷还不能消除,那么就要进行补焊了。其步骤大致是检测,预热,补焊,热处理,补焊表面磨修,对焊接部位用磁粉检测,最后进行水压试验。

3 球罐焊接过程中的注意事项

3.1 焊条的烘干和使用情况

焊条的准确温度大约在350摄氏度进行烘干一个小时,焊条在使用前一定要把带在可以随身携带的保温瓶没,在四小时之内用完即可,要按照规定要求进行使用。

3.2 预热方面的应用

焊接前预热是为了防止焊接裂纹的出现,这个效果很好,预热不仅能降低焊接周围区的冷却速度,还能促进扩散氢的释放量,大大的减少了冷却裂纹的产生。对于顶部的极板还有上部的温带板,以及底部的极板和下部温带板,它们之间的焊接,还有接管和入孔的插入焊接,都是非常有拘束力的焊接,所以一定要把预热温度升高,为了更好的施工。

3.3 焊接有关应用

由于每台球罐最少要进行立焊,横焊和仰焊这三种试板各一块,焊接的试板要和被焊接的球罐瓣片的材质,规格大小,和批号的多少都要进行验证,必须要完全一致。焊接前应对坡口进行认真的处理,清洗污垢,残留的污水和铁锈都要进行严格的处理,处理完的坡口一定要有金属光泽表面。在焊接过程中,对于工艺的规定,要严格检测焊接电流的大小,焊接时要根据规定的顺序进行焊接,不能私自乱焊接。

4 结语

通过这篇论述,让我们了解了球罐焊接的缺陷,以及它的评定方法和处理方式,球罐焊接的类型有很多要求,不管是预热,还是表面缺陷,以及内部缺陷,都是要求很高的。而且对于有关的计算,温度的要求都是严谨的,让我们知道焊接球罐是一项很有技术的施工工程,对于缺陷的形成并给与了相应的处理方法,为球罐焊接工程发展越来越好。

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大型球罐的焊接篇5

球罐作为大容量、承压的球形储存容器, 与立式圆筒形储罐相比, 具有独到的优势。在相同容积和相同压力下, 球罐的表面积最小, 故所需钢材面积少;在相同直径情况下, 球罐壁内应力最小, 而且均匀, 其承载能力比圆筒形容器大1倍, 故球罐的板厚只需相应圆筒形容器壁板厚度的一半。因此, 球罐在石油、化工、冶金等部门正得到越来越广泛的应用。

在石油化工行业, 球罐主要用于储存液化石油气、液化天然气、丙烯等易燃易爆甚至有毒的介质, 一旦发生破坏将引起极其严重的后果。因此, 储存上述危险介质的球罐基本上都是石油化工企业中的重大危险源。

统计表明, 球罐的失效泄漏多数发生在球罐的焊缝及其热影响区部位, 主要原因是这些部位存在裂纹。球罐焊接裂纹主要包括热裂纹和冷裂纹, 其中冷裂纹的危害要比热裂纹的大, 因为热裂纹焊接过程中出现, 一旦出现人们可以返修, 而绝大部分冷裂纹的发生具有延迟性, 也就是焊后检查不出来, 而是过一段时间才发生, 很多是在使用过程中出现, 所以很容易造成事故, 使设备损坏并威胁人的生命安全。因此, 如何避免焊缝产生冷裂纹是提高球罐制造质量, 保证球罐安全运行的关键。

二、焊接冷裂纹的产生机理及影响因素

经过人们大量的生产实践和理论研究发现, 造成焊接接头产生冷裂纹主要有钢材的脆硬倾向、焊接接头的含氢量及其分布、焊接接头所承受的应力状态三大因素。

1. 钢种的淬硬倾向

球罐用的钢材一般为低合金钢, 其焊接的主要特征之一是热影响区容易出现脆性马氏体组织, 有比较大的淬硬倾向。淬硬倾向越大越容易产生冷裂纹。主要是由于钢材的脆硬倾向越大, 越容易形成脆性马氏体组织, 硬度明显增高, 塑性及韧性降低, 脆硬组织发生断裂时消耗的能量低, 容易开裂。此外, 钢种的淬硬倾向越大, 组织中形成的晶格缺陷 (主要是空穴、位错等) 越多, 晶格缺陷越多, 越容易形成裂纹。

影响热影响区淬硬程度的因素主要有三个方面。一是原材料及焊接结构因素, 包括钢材的化学成分、钢板厚度、接头形式及焊接尺寸等, 其中钢材化学成分的影响最为显著, 钢中含碳及其他合金元素越多, 强度越高, 热影响区的淬硬倾向就越大。二是焊接工艺方法及选用的焊接规范, 包括焊接电流、焊接速度以及焊条摆动的方式。三是焊接后的冷却速度, 影响因素主要是焊前钢材预热温度、焊后缓冷措施等。

2. 氢的作用

氢是引起球罐焊接冷裂纹的一个重要因素, 并且有延迟的特征, 因此由氢引起的冷裂纹也称为“氢致裂纹”或“氢诱发裂纹”。试验研究证明, 高强钢焊接接头的含氢量越高, 则裂纹的敏感性越大。

在焊接的高温下, 液态金属所吸收的大量氢, 有一部分在熔池金属的凝固过程中可以逸出。但由于熔池冷却较快, 还会有相当多的氢来不及逸出而留在固态焊缝金属中。在钢焊缝中, 留在焊缝中的氢大部分是以H、H+、H-的形式存在的, 它们与焊缝金属形成间隙固溶体, 由于氢原子和离子的半径很小, 这一部分氢可以在焊缝中扩散, 因此称这部分氢为扩散氢, 焊缝中的扩散氢往往会从氢的含量较高的焊缝向氢的含量较低的焊缝熔合线区和热影响区扩展, 最终使焊缝熔合线和热影响区中的粗晶区附近的扩散氢含量较高, 特别是在有较严重应力集中的焊趾部位和存在咬边的缺口部位, 会形成一个氢的富集区。还有一部分氢扩散聚集到金属的晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂中, 结合为分子氢, 这部分氢因其半径大, 不能自由扩散, 称其为残余氢。残余氢在焊缝中往往会形成为焊缝中的气孔, 而扩散氢对焊缝的机械性能会产生较大的不利影响。

氢的主要来源是焊材中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水以及大气中的水汽等。这些水、铁锈或有机物经焊接电弧的高温热作用分解成氢原子而进入焊接熔池中。

3. 应力的作用

由于球壳板制造尺寸的偏差以及组装工艺的原因, 在球罐的组装过程中总会存在或多或少的强力组对;在焊接过程中, 焊接参数相差较大、焊接顺序不合理等因素, 也会产生应力。因此球罐安装完成后便存在着内应力, 这种应力主要靠焊后整体热处理进行消除, 但无法彻底消除。此外, 球罐焊接是一个局部加热过程, 在焊接过程中产生不断发生应力与应变的循环, 因此球罐焊接后必然存在残余应力。

三、防止球罐产生焊接冷裂纹的措施

基于焊接冷裂纹的上述产生原因, 可采取以下控制措施:

1. 材料控制

(1) 球壳板材料的控制。尽量选用选用碳当量低的优质钢材作为球壳板材料, 这些材料碳当量低, 焊接时热影响区的淬硬倾向低, 可焊性好, 对冷裂纹不敏感。此外, 在对制造球壳板用的钢板入场验收时, 应认真检查钢板的质量证明书, 严格核对碳及金属元素的含量, 保证碳含量不超标。同时, 应逐张进行超声波检测, 避免母材存在夹渣、夹层缺陷, 对存在缺陷超标的钢材不得使用。

(2) 焊接材料的控制。

选用低氢型焊条, 必要时要采用超低氢型的焊条。

2. 焊接过程控制

(1) 焊条使用前一定要按产品使用说明进行烘干, 并贮存在100~150℃的恒温箱中, 在使用时放入保温筒内并随用随取, 在保温筒内存放时间不得超过4h, 否则要按原烘干温度重新烘干, 重复烘干不得超过两次。

(2) 球壳板组对的控制。

(3) 焊接前要彻底去除焊接坡口表面及坡口两侧20mm范围内的油污、水分, 铁锈及其他杂物。

(4) 焊接环境的控制。

(5) 选用适当的焊前预热温度和预热范围进行预热处理。

(6) 选用适当的后热温度和后热时间进行后热处理。通过适当的后热进一步使扩散氢溢出, 同时消除内应力。

(7) 在焊接过程中, 应保持焊接的连续性, 保持适当的层间温度, 使之不低于预热温度下限值。适当的层间温度也能延缓焊缝的冷却速度, 有利于扩散氢的逸出和降低残余应力。

(8) 焊接能量的控制。

(9) 焊接顺序的控制。