【導讀】摘要：本次設計的400m3球罐用于儲存天然氣，其球殼板的材質為15CrMoV，本文對其母材的焊接性作了簡要的分析，并在此基礎上選擇了球罐焊前預熱的溫度，預熱溫度為120到140℃，焊接方法為焊條電弧焊，焊。根據工廠的生產經驗和相關標準制定了400m3球罐的生產工藝流程。難點，在本文中都進行了詳細的分析和論述。球罐組裝分為零部件組裝和整體組裝兩部分。整體組裝采用整球組裝的方法，需在現(xiàn)場進行。并且根據球罐上每條焊縫的不同特

　　

【正文】 。先吊裝第 1 塊帶支柱的赤道板，用纜繩臨時固定，調整好垂直度后擰緊地腳螺栓， 見圖 21。 然后用同樣方法吊裝第 2 塊帶支柱的赤道板，用纜繩臨時固定，調整好垂直度后擰緊地腳螺栓。接著吊裝第 3 塊不帶支柱的赤道板，將其插入在第 1 塊和第 2 塊赤道板之間，用龍門夾具鎖定，裝好第 1塊和第 2 塊支柱之間的拉桿。其余各塊赤道板依次吊裝，直至完成赤道帶的組裝。 12 3不帶支柱赤道板帶支柱赤道板赤道基準線纜繩支柱支柱拉桿 圖 21 赤道帶分段組裝 iv. 赤道帶調整 按每塊赤道板的赤道線，調整到設計標高，其水平的高低偏差見表 12。調整方法可用支柱底板的墊鐵或定位塊上的螺絲。相鄰赤道板則用手拉葫蘆進行調節(jié)。 測量赤道截面內徑時 ，必須測量所有赤道板的數值，以便從中獲得內徑的最大值和最小值。用手拉葫蘆調整內徑差，使其達到允許偏差范圍，見表 12。 利用龍門夾具、斜楔調節(jié)對口間隙、錯邊量和棱角，使其滿足標準要求，見圖 22。 常州機電職業(yè)技術學院 27 第 27 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 樣板R樣板 RL 100 0樣L 100 0R樣板R板RE=AB （棱角）ABEttt1t2(a) (b )(c) (d )圖 22 錯邊量和棱角測量 (a) 等厚球殼板錯邊量； (b) 不等厚球殼板錯邊量（兩板厚度的差值不計入）； (c) 內側測量棱角； (d) 外側測量棱角 A— 球殼與樣板的最大徑間距離； B— 球殼設計內半徑或外半徑與樣板曲率 半徑的徑向距離； R— 球殼的設計內半徑或外半徑 1234 支柱赤道板極帶圍板 圖 23 極帶圍板安裝順序 v. 極帶圍板安裝 常州機電職業(yè)技術學院 28 第 28 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 用吊機在球罐中心位置立中心桅桿，并拉好纜繩。按 圖 23 所示順序對稱安裝。先裝下極帶圍板，再裝上極帶圍板。下極帶的圍板用吊機從赤道帶上口吊入安裝，利用中心桅桿、鋼絲繩、手拉葫蘆穩(wěn)定每一塊下極帶的圍板（圖 24）。下極帶圍板之間以及下極帶圍板與赤道板之間，用龍門夾具鎖定。吊裝閉合后，調整縱縫和環(huán)縫的間隙、錯邊量、棱角和下口圓度，允許偏差見表 12。 上極帶圍板與下極帶圍板一樣，也必須對稱安裝。上極帶圍板用吊機安 裝，利用中心桅桿上的吊桿及手拉葫蘆、鋼絲繩穩(wěn)定，每隔一塊上極帶圍板用一根吊桿。上極帶圍板之間以及上極帶圍板與赤道板之間用龍門夾具鎖定。吊裝閉合后，調整縱縫和環(huán)縫的間隙、錯邊量、棱角和上口圓度，允許偏差見表 12。 最后拆除中心桅桿。 中心桅桿支柱下極帶圍板 圖 24 下極帶圍板吊裝 圖 25 下極帶中間板吊裝 vi. 極帶中間板與極帶側板的安裝 按圖紙方位用吊機將焊有人孔、接管的下極帶中間板從上極帶圍板上口吊入，注意對準中心線方位（圖 25），然后吊裝 左、右側板就位。下極帶中間板與下極帶左右兩側板各板之間以及下極帶中間板與下極帶左右兩側板與下極帶圍板之間用龍門夾具鎖定。接著調節(jié)縱縫、環(huán)縫的間隙，錯邊量和棱角，其允許偏差見表 12。 下極帶中間板與下極帶側板安裝完后，在安裝上極帶的中間板與側板。按圖紙方位用吊機將焊有人孔、接管的上極帶中間板從上極帶圍板上口吊入，注意對準中心線方位，然后吊裝左、右側板就位。上極帶中間板與上極帶左右兩側板各板之間以及上極帶中間板與上極帶左右兩側板與上極帶圍板之間用龍門夾具鎖定。接著調節(jié)縱縫、環(huán)縫的間隙，錯邊量和棱角，其允許偏差見表 12。 vii. 整球的調整 組裝完成后，進行整球調整。其錯邊、間隙、棱角、內徑差、支柱垂直度和赤道水平度，均應符合標準要求。合格后轉入下道工序定位焊。 常州機電職業(yè)技術學院 29 第 29 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 表 12 焊前組裝檢驗表 項目 執(zhí)行標準 允許偏差 檢驗用具 對口間隙 GB12337 按圖樣規(guī)定 間隙尺 對口錯邊量 GB12337 ≤3mm 深度游標卡尺 棱角 GB12337 ≤7mm（含錯邊量） R 樣板和深度游標卡尺 赤道水平度 工藝控制 相鄰赤道板＜ 177。3mm 水準儀、鋼尺或連通管 赤道截面內徑差 工藝控制 鋼卷尺 兩極間凈距與設計 內徑差 工藝控制 鋼卷尺 支柱垂直度 GB12337 ≤2mm 線錘、鋼尺 注：對口間隙、對口錯邊量和棱角沿對接接頭每 500mm 測量 1 點 。 viii. 組焊的檢驗 焊前組裝檢驗按表 12 的規(guī)定。焊后幾何尺寸檢驗按表 13 的規(guī)定。 表 13 焊后幾何尺寸檢驗 項目 執(zhí)行標準 允許偏差 檢驗用具 棱角 GB12337 ≤10mm（含錯邊量） R 樣板和深度游標卡尺 赤道截面內徑差 GB12337 ＜ 46mm 鋼卷尺 兩板間凈距與設計內徑差 GB12337 ＜ 46mm 鋼卷尺 支柱垂直度 GB12337 ≤2mm 線錘、鋼尺 注：棱角沿對接焊縫每 500mm 測量 1 點。 球罐的焊接工藝 施焊環(huán)境檢測 當施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無有效防護措施時，嚴禁施焊。 ① 雨天及雪天； ② 風速超過 8m/s，相當于 Ⅴ 級風； ③ 環(huán)境溫度在 5℃ 以下； ④ 相對濕度在 90%以上。 尤須指出，焊接環(huán)境溫度和相對濕度在距球罐表面 500～ 1000mm 處測得。 焊工資格檢查 從事球罐焊接中受壓元件的焊縫、與受壓元件相焊的焊縫、定位焊縫、受壓元件返修焊縫的焊工，須按《鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則》進行考試，取得焊 工合格證后，才能在有效期間擔任合格范圍內的工作。 常州機電職業(yè)技術學院 30 第 30 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 對停止焊接工作 6 個月 以上的焊工，在參加施焊前，應對其重新進行技能考試。對每一個持證焊工，頒發(fā)識別鋼印。根據產品施焊記錄中的焊工姓名和鋼印，每月統(tǒng)計一次，以證實其資格的連續(xù)性。 焊前準備 a) 焊接工藝評定 球罐焊接前，應按國家標準《鋼制壓力容器焊接工藝評 定》 GB4708 進行焊接工藝評定，并且應按立焊和橫焊兩種焊接位置分別評定。然后做出有效的焊接工藝評定報告。 b) 焊條的干燥 焊條貯存應保持干燥，相對濕度不得大于 60%，焊條使用前應按要求進行烘干，對于 E5015 焊條，烘干溫度為 350℃ ～ 380℃ ，烘干時間為 1h；對于 E4315和 E4303 焊條，烘干溫度為 100～ 150℃ ，烘干時間為 。烘干后的焊條應保存在 100～ 150℃ 的恒溫箱中，藥皮應無脫落和明顯裂紋。焊條在保溫筒內不宜超過 4h,超過后應按原烘干規(guī)范重新烘干，重復烘干的次數不應超過兩次。 c) 定位焊和工裝夾具焊接 定位焊的焊接接頭如圖 26 所示。球殼板上的定位焊采用焊條電弧焊，焊機選用 ZXG 400 型弧焊整流器 ，焊接時采用短弧操作，焊接位置要求平焊、仰焊、立焊、橫焊。定位焊前，須在定位焊及工裝夾具的焊接 處至少 150mm 范圍內進行預熱，預熱溫度為 120～ 140℃ ，層間溫度 不小于 120℃ 。定位焊長度為 100mm，間距 300mm，焊縫高度 10mm，要求焊接第一層時盡可能背面成 形 。其具體焊接工藝參數見表 14。 定位焊時，引弧和熄弧都應在坡口內，嚴禁在球殼表面引弧和熄弧。焊接坡口采 用 X 形 不對稱坡口，定位焊在小坡口側進行。工裝夾具拆除時，不得損傷球殼板，切除后應打磨平滑。 常州機電職業(yè)技術學院 31 第 31 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 123 圖 26 球殼板上定位焊焊接接頭簡圖 表 14 球殼板定位焊工藝參數 層、道 填充 材料 焊接電流 電弧電壓 (V) 焊接速度(cm/min) 線能量(kj/cm) 型號 直徑 極性 電流 (A) 1～ 3 E5015 反接 160～ 180 24～ 26 ～ ～ d) 預熱 在距焊縫中心 50mm 處，兩側對稱測量。在整個焊接過程中應保持此溫度。預熱寬度為焊縫中心線兩側各 3 倍板厚，為 144～ 150mm。預熱長度須在施焊長度兩端各延伸 150mm 以上。拘束度較高的焊縫節(jié)點（如人孔、接管）或環(huán)境溫度低于 5℃ 時，應采用 較高的預熱溫度，且適當擴大預熱范圍。焊前對球殼 板進行預熱，預熱的目的是：減緩焊接接頭加熱時溫度梯度及冷卻速度，適當延長在800℃ ～ 500℃ 區(qū)間的冷卻時間，改善焊縫金屬和熱影響區(qū)的顯微組織，從而減少和避免產生淬硬組織，有利于氫的逸出，可防止冷裂紋的產生 [4]。 熱源采用液化石油氣，定位焊和臨時焊縫采用點狀加熱器，球殼焊縫采用條狀加熱器，且應放在焊縫小坡口的一側。注意應保證加熱的均勻性，預熱溫度為120～ 140℃ ，實測溫度不得低于 120℃ 。溫度的測量點 球罐的焊接 1. 焊接順序 總的焊接順序是：先焊縱縫，后焊環(huán)縫；先焊大坡口面焊縫，后焊小坡口面焊 縫。球罐焊縫見圖 27。 具體的焊接順序是：赤道帶縱縫的焊接（外部）→赤道帶縱縫的焊接（內部）→上、下極帶小縱縫的焊接（外部）→上、下極帶小縱縫的焊接（內部）→上大常州機電職業(yè)技術學院 32 第 32 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 環(huán)縫的焊接（外部）→上大環(huán)縫的焊接（內部）→下大環(huán)縫的焊接（外部）→下大環(huán)縫的焊接（內部）→上極帶方環(huán)縫的焊接（外部）→上極帶方環(huán)縫的焊接（內部）→下極帶方環(huán)縫的焊接（外部）→下極帶方環(huán)縫的焊接（內部）→上極帶極帶中間板焊縫的焊接（外部）→上極帶極帶中間板焊縫的焊接（內部）→下極帶極帶中間板焊縫的焊接（外部）→下極帶極帶中間板焊縫的焊接（內部）。 大環(huán)縫赤道帶縱縫極帶縱縫方形環(huán)縫中極板拼縫 圖 27 球罐焊縫示意圖 2. 焊接注意事項 ① 坡口處理。 焊前將坡口表面和兩側至少 20mm 范圍內的油污、水分及其他有害雜質清除干凈。所有焊縫施焊前，均須對施焊處坡口及邊緣進行預熱，預熱溫度為 120～ 140℃ 。 ② 焊接方法。 球罐對接焊縫總長為 。所有焊縫全部采用焊條電弧焊，焊機選用 ZXG 400 型弧焊整流器 。焊條選用 E5015 焊條。 ③ 焊工布置。要求對稱均勻分布焊工，所有焊工應在統(tǒng)一指揮下同步施焊。其具體要求詳見后面各條焊縫的焊接工藝。 ④ 焊接要點。 焊接時，引弧和熄弧都應在坡口焊道上。所有焊縫焊接時，均采用短弧操作，盡量控制電弧電壓，使其穩(wěn)定 。 每段焊縫應一次連續(xù)焊完，如有特殊情況需中斷時，則第一次焊接的層數不得少于兩層。再次施焊前，必須仔細檢查，確認無誤后方可按原工藝要求繼續(xù)施焊，每一層的接頭至少錯開 50mm。 常州機電職業(yè)技術學院 33 第 33 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 ⑤ 層間溫度。在焊接過程中，層間溫度不應低于 120℃ 。 ⑥ 焊接線能量控制。根據焊接工藝評定報告，提出合理的線能量應用范圍，并應反映在焊接工藝規(guī)程中。在施焊過程中，應對每個焊工進行實際線能量的測定。為了控制起來簡便，應用每根焊條應焊接的 最小焊縫長度來控制焊接線能量。 ⑦ 角變形控制。采用多層多道焊，焊接時焊條不作橫向擺動，線能量應控制在盡可能小的范圍內。當單面焊后發(fā)現(xiàn)角變形超差時，應根據超差的具體情況，在焊縫反面清根時，可適當增加清根的深度和寬度，以使后續(xù)焊的焊縫產生一定的反變形，把棱角控制在允許偏差范圍內 [3]。 ⑧ 碳弧氣刨清根和打磨。球罐焊縫焊接和返修時，焊縫背面的清根及缺陷的清除采用碳弧氣刨及機械去除的方法。碳弧氣刨的電源采用直流電，反接法。壓縮空氣壓力為 ～ ，壓縮空氣流量為 180L/min，必須配置水分離器和過濾裝置 ，嚴格限制壓縮空氣中所含水分和油脂。刨槽成形應為 U 形，表面平齊。碳弧氣刨后用砂輪修整刨槽，去除滲碳層，使銳角圓滑過渡，使坡口寬窄均勻。對坡口作滲透檢測，驗明有無裂紋、夾渣等缺陷。 ⑨消氫處理。為了使氫充分逸出，防止延遲裂紋， 球殼 板 以及嵌入式接管與球殼的對接焊縫，焊后須立即進行 后熱 消氫處理，后熱溫度為 200～ 250℃ ，后熱時間為 ～ 1h。 加熱方法與預熱相同。球殼上的工裝夾具焊縫也應作相同要求的消氫處理。消氫處理的溫度測定方法與預熱溫度測定要求相同。 ⑩產品焊接試板。試板的鋼號、厚度及供貨狀態(tài)均與球罐產品相 同。產品試板采用