1第七章 立式储罐的焊接立式储罐是由罐底、罐壁、罐顶及附件等部分通过焊接方式连接而成，焊接是储罐建造的主要工序，对储罐的施工质量具有决定性意义。第一节 概述一、储罐焊接的一般要求储罐建造对焊接的主要质量要求是：焊缝强度、韧性达到设计要求，焊接变形控制在规定范围之内，焊缝外观及内在质量符合设计标准等。为保证储罐焊接质量符合要求，需在人、机、料、法、环等方面严格控制。储罐焊接的一般要求如下。1人员要求从事储罐焊接的焊工，必须按 TSG Z6002-2010特种设备焊接操作人员考核细则的规定考核合格，并应取得相应项目的资格后，方可在有效期间内担任合格项目范围内的焊接工作。2设备要求选用的焊接设备应能满足焊接工艺要求，焊机配备的电流表、电压表应在计量检定周期内。3焊接材料要求（1）储罐焊接施工选用的焊接材料应符合设计文件及焊接工艺规程的要求。不同强度等级钢号的碳素钢、低合金钢钢材间的焊接，选用的焊接材料应保证焊缝金属的抗拉强度高于或等于强度较低一侧母材抗拉强度下限值，且不超过强度较高一侧母材标准规定的上限值。（2）焊接材料应有专人负责保管、烘干和发放。焊材库房的设置和管理应符合 JB/T 3223-1996焊接材料质量管理规程的有关规定；（3）焊条和焊剂应按产品说明书的要求烘干； （4）焊条电弧焊时，焊条应存放在合格的保温筒内；焊丝在使用前应清除铁锈和油污等。4焊接工艺要求（1）焊接前，施工单位必须有合格的焊接工艺评定报告。焊接工艺评定应符合 NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定的有关规定；但当单道焊厚度大于 19mm 时，应对每种厚度的对接接头单独进行评定。（2）焊接工艺评定应包括 T 形接头角焊缝。T 形接头角焊缝试件的制备和检验，应符合 GB 50128-2005立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范附录 A 的规定。（3）不同强度等级钢号的碳素钢、低合金钢钢材间焊接时，焊接工艺应与强度较高侧钢材的焊接工艺相同。（4）施工单位应根据评定合格的焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程，并经现场技术负责人批准。2（5）焊前预热应按焊接工艺规程进行。预热应均匀，预热范围不应小于焊缝中心线两侧各三倍板厚，且不应小于 100mm；预热温度应采用测温仪在距焊缝中心线 50mm 处对称测量。焊前预热的焊缝，其焊接层间温度不应低于预热温度。5环境要求当出现下列情况之一时，应采取有效的防护措施后再进行焊接。（1）雨天或雪天和雾天；（2）采用气体保护焊时风速超过 2m/s，采用其他方法焊接时风速超过 8m/s；（3）焊接环境温度：碳素钢焊接时低于-20；低合金钢焊接时低于-10；不锈钢焊接时低于-5；标准屈服强度大于 390MPa 的低合金钢焊接时低于 0； （4）大气相对湿度在 90以上。二、储罐焊接接头型式立式储罐的焊接接头有对接接头、T 形接头和搭接接头等型式。储罐焊接接头型式是由结构形式、分布部位、钢板规格、选用焊接工艺等因素共同确定的。1立式储罐罐底板的接头型式立式储罐底板接头可采用搭接、对接(带垫板)或者二者的结合，对较厚板宜选用对接。罐底板接头型式如图 7-1（a） 、 （b） 、 （c）所示。采用搭接时，中幅板之间的搭接宽度应不小于 5 倍板厚，且不应小于 30mm；中幅板应搭接在环形边缘板的上面，搭接宽度不应小于 60mm。采用对接时，焊缝下面应设厚度不小于 3mm 的垫板。立式储罐内径小于 12.5m 时，罐底可不设环形边缘板；立式储罐内径大于或等于 12.5m 时，罐底宜设环形边缘板。考虑到收缩变形，环形边缘板焊接接头组对时宜采用不等间隙，采用焊条电弧焊时，外侧间隙宜为 67mm，内侧间隙宜为 812mm；采用气体保护焊时，外侧间隙宜为35mm，内侧间隙宜为 68mm。罐底边缘板厚度6mm 时，在边缘板最外侧 300400mm 应处理成对接（可不开坡口）并加装垫板，焊接间隙不宜小于 6mm，对接与搭接的交叉处应局部加热后再进行锤击，使垫板与边缘板贴紧后再焊接，如图 7-2（a）所示；罐底边缘板厚度6mm 时，一般采用带垫板的 V 形坡口对接接头，如图 7-2（b）所示。边缘板与底圈 壁板相焊的部位应做成平滑支撑面。（ c）带垫板对接接头（ b）不同种厚度搭接接头图 7-1 储罐底板的接头形式（ a）同种厚度搭接接头3三层钢板重叠处，上层钢板应做切角处理，如图 7-3 所示。2.立式储罐壁板接头型式储罐罐壁的纵缝、环缝设计均采用对接接头。1）纵缝坡口型式纵缝坡口型式有 I 型、V 型和 X 型，如图 7-4。气电立焊的对接接头，厚度小于或等于 24mm 的壁板宜采用单面坡口；厚度大于 24mm 的壁板宜采用双面坡口；其间隙为 46mm；钝边不大于 2mm，坡口宽度为 1618mm。2）环缝坡口型式环缝坡口型式有 I 型、单 V 型和 K 型，如图 7-5。环缝埋弧焊的对接接头，厚度小于或等于 12mm 的宜采用单面坡口；厚度大于 12mm 的宜采用双（a） I 型坡口 （c）X 形坡口图 7-4 储罐壁纵向焊缝对接接头坡口形式（b）V 型坡口 2 1L2L 2/3LS AA 图 7-3 搭接接头三层钢板重叠部分的切角 （ a）罐底边缘板厚度 6mm 时 （b）罐底边缘板厚度6mm 时图 7-2 罐底边缘板接头示意图4面坡口；坡口的角度为 452.5；钝边不大于 2mm，间隙为 01mm。3.大角缝接头立式储罐底圈壁板与边缘板之间的 T 形接头角焊缝俗称大角缝。其罐壁外侧焊脚尺寸及罐壁内侧竖向焊脚尺寸，应等于底圈壁板和边缘板两者中较薄件的厚度，且不应大于 13mm；罐壁内侧径向焊脚尺寸，宜取 1.01.35 倍边缘板厚度，见图 7-6（a） ；当边缘板厚度大于 13mm 时，罐壁内侧可开坡口，7-6（b） 。4.拱顶与浮顶的接头型式1）拱顶的接头型式拱顶顶板的连接可采用对接或搭接。采用搭接时，搭接宽度不得小于 5 倍板厚，且不小于25mm；顶板外表面的搭接焊缝应采用连续满角焊，内表面的搭接焊缝可根据使用要求及结构受力情况确定焊接形式。拱顶顶板与罐壁采用弱连接结构时，顶板与包边角钢只在外侧连续角焊，焊脚尺寸不大于4.5mm。拱顶结构件和顶板自身的拼接焊缝应全焊透。2）浮顶的的接头型式浮顶的船舱底板、船舱顶板和单盘板的最小公称厚度不宜小于 4.5mm，均采用搭接接头，搭接宽度不应小于 25mm。舱底板、船舱顶板以及单盘板上表面的搭接焊缝，应采用连续满角焊，下表面可采用间断焊；支柱和其他刚性较大的构件周围 300 内，应采用连续角焊。图 7-5 储罐壁环向焊缝对接接头坡口形式（ a） I 型坡口 （b）单 V 型坡口 （c） K 型坡口内 外 12内 外 12内 外 12图 7-6 底圈壁板与边缘板之间的 T 形接头（ a）罐壁板不开坡口 （b ）罐壁板单面开坡口5船舱径向隔板、环向隔板、外边缘环板本身的拼接，应采用全熔透对接焊缝。三、储罐常用焊接方法储罐可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、气电立焊等方法施焊。国内外在大型浮顶储罐的建造中，罐体普遍采用自动焊工艺，技术已相当成熟；但在拱顶储罐的施工中，国内普遍使用的仍为焊条电弧焊，自动焊、半自动焊应用较少。这里对立式储罐常用焊接方法进行简单介绍。1焊条电弧焊（SMAW）焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它是以焊丝外部涂有药皮的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体相互作用，同时，熔渣与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。焊条电弧焊原理示意图见图 7-7。其主要优点是设备简单，维护方便；操作灵活，适应性强；应用范围广。其主要缺点是对焊工操作技术要求高，焊工培训费用大；劳动条件差；生产效率低；不适于 1mm 以下的薄板焊接。焊条电弧焊现阶段仍然是国内储罐施工中最为常用的焊接方法，应用比例很大，尤其是在拱顶储罐的焊接施工中，在大型浮顶储罐施工中主要应用于浮顶、附件的焊接及底板、壁板的打底、定位焊。2埋弧自动焊（SAW）埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的电弧焊方法。它是利用焊丝与焊件之间在焊剂层下燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝，连接被焊件。在埋弧焊中，颗粒状焊剂对电弧和焊接区起保护和合金化作用，而焊丝则作为填充金属。埋弧焊原理示意图见图 7-8。其主要优点是生产效率高；焊缝质量好；节省焊接材料和电能；劳动条件好。其主要缺点是焊接位置受限，只能在水平或倾斜度不大的位置施焊；设备比较复杂，灵活性差，仅适用于长焊缝的焊接；焊接薄板较困难；对气孔的敏感性较大。埋弧自动焊是大型储罐建造中应用最早的自动焊方法，主要用于大型储罐底板平缝、壁板环缝和大角缝的焊接。埋弧自动焊在大型储罐施工中使用广泛、工艺多样，根据工艺特点、施焊位置和焊接设备的不同又可分为壁板（正装、倒装）埋弧自动横焊、壁板双面埋弧自动横焊、罐底大角缝埋弧自动平角焊、罐底板埋弧自动平焊和碎丝填充埋弧自动平焊等。图 7-7 焊条电弧焊原理示意图图 7-8 埋弧焊原理示意图63熔化极气体保护焊（GMAW）熔化极气体保护焊是利用焊丝与工件间产生的电弧作热源将金属熔化的焊接方法。焊接过程中，电弧熔化焊丝和母材形成的熔池及焊接区域在惰性气体或活性气体的保护下，可以有效地阻止周围环境空气的有害作用。熔化极气体保护焊原理示意图见图 7-9。CO2气体保护焊是储罐施工中使用最为广泛的熔化极气体保护焊。其主要优点是焊接生产效率较高；操作简单；成本低；适用范围广；对油、锈不敏感；冷裂倾向小；明弧焊便于监视焊接过程，有利于机械化操作。其主要缺点是施焊材质受限；弧光强；抗风能力弱。CO2半自动焊可用于储罐底板、壁板、固定顶、浮顶和附件等部位的焊接施工，其不仅焊缝美观，效率高，质量好，变形小，而且减少了打磨量，在储罐施工中应进一步推广。目前储罐施工中，CO2半自动焊多采用实芯焊丝，成本较低；也有部分采用药芯焊丝的，进一步提高了焊接效率。但其对风非常敏感，现场使用时，焊接区域需增加防风设施；另外，其辅助机具较多，搬运麻烦，不适用于高空作业。4气电立焊（EGW）气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法，焊缝一次成形，是一种高效焊接技术。它利用类似于电渣焊所采用的水冷滑块挡住熔融的金属，使之强迫成形，以实现立向位置的焊接。通常采用外加单一气体（如 CO2）或混合气体（如 ArCO 2）作保护气体。在焊接电弧和熔滴过渡方面，气电立焊类似于普通熔化极气体保护焊，而在焊缝成形和机械系统方面又类似于电渣焊。气电立焊原理示意图见图 7-10。气电立焊适用于厚度范围 1280mm 的中厚钢板焊接，其单面焊厚度一般在 25mm 以下，带摆动图 7-9 熔化极气体保护焊工作原理示意图7时可扩大到 35mm，超过 35mm 应采用双面焊；大型浮顶储罐的壁板厚度一般在 1040mm 之间，非常适合使用气电立焊。目前，气电立焊在大型浮顶储罐建造中，主要用于壁板纵缝的焊接，它焊接生产效率高，质量好，成本低。且气电立焊采用的坡口角度相比其他焊接方法要小得多，熔敷效率更高，更节约焊材，相同条件下，其焊材的用量只有熔化极气体保护焊的三分之一。第二节 焊接设备与机具立式储罐焊接工作量大，所需的焊接设备和机具较多。合适的焊接设备不仅能够使焊接工艺得到有效的执行，确保焊接质量，而且能够提高焊接施工效率。熟悉和掌握常用的储罐焊接设备和机具，是储罐焊接施工技术人员一项重要的基础业务工作。一、焊条电弧焊设备焊条电弧焊电源既有交流电源，也有直流电源，但在储罐工程焊接施工中多采用直流电源。直流电源包括直流弧焊发电机、弧