大型储罐建设中焊接自动化技术的应用分析

摘要: 在各种工程建设领域，焊接是应用极为广泛的重要技术之一，球形储罐、立式储罐、管道及炼化装置的制造都离不焊接技术。近年来我国的焊接技术有了长足的进步，球形储罐、立式储罐、管道特别是长输管道建设逐步推行了半自动焊、自动焊技术。本文重点阐述储罐建设中的焊接自动化技术，并分析了储罐焊接自动化技术的发展趋势。

关键字：储罐 焊接 自动化

中图分类号：TE34 文献标识码：A

前言

制造业是一个国家综合经济实力的重要基础。随着科学技术的发展，焊接逐步成为制造业中的重要加工手段。目前，我国已经成为世界最大的焊接材料消耗国。但从先进技术应用的深度和广度、焊接自动化率、大型复杂焊接系统的自主开发能力、原创性科研成果数量等方面看，我国不是一个焊接强国，同发达国家相比，仍有很大差距。目前单丝埋弧焊技术已基本成熟，在大型储罐焊接中将继续发挥重要作用。国外焊丝价格昂贵，这也促使我国焊接技术的发展。

储罐结构特点与安装方法

2.1 储罐的结构特点

大型立式圆筒形钢制储罐直接建在地面上，由罐底、罐壁和罐顶及附件等部分构成。

（1）拱顶储罐的结构

拱顶储罐罐顶为球冠状，罐体为圆柱形。

罐底：由多块薄钢板拼装而成，排列方式由设计给定。罐底中幅板采用搭接焊缝形式；边缘板采用对接焊缝形式。边缘板采用条形板或弓形板。

罐壁：由多圈钢板组对焊接而成，钢板厚度沿罐壁的高度自下而上逐渐减少，最小厚度为4～6mm。罐壁板主要采用对接焊缝形式。罐壁板底部与罐底板采用角接焊缝形式，双面连续焊接。

罐顶：由多块厚度为4～6mm的压制薄钢板和加强筋（通常用角钢或扁钢）组成的扇形罐顶板构成，或由构架和薄钢板构成，各扇形罐顶板之间采用搭接焊缝。

（2）浮顶储罐的结构

浮顶储罐是由浮顶和立式圆筒形罐壁、罐底及附件所构成。浮顶直接浮在液面上，随着罐内储液量的增加或减少而上下浮动。

罐底：浮顶储罐的罐底排板方式与拱顶储罐基本相同，但边缘板不采用条形板。10万m3及以上浮顶储罐的罐底中幅板，采用带垫板的对接焊缝形式。

罐壁：采用对接焊缝，焊缝内表面要打磨光滑，防止划损浮顶密封装置。浮顶储罐上部为敞口，罐壁顶部需设置抗风圈和加强圈。

浮顶：常见的结构形式是单盘式和双盘式。单盘式浮顶是由环形船舱和圆形单盘顶板所构成。双盘式浮顶是由上盘板、下盘板和环形船舱所组成，均由钢板拼焊而成。

2.1 储罐的安装方法

大型立式储罐主体安装方法有正装法和倒装法两种。倒装法是指以罐底为基准平面，先安装顶圈壁板和罐顶，然后自上而下，逐圈壁板组装焊接与顶起，交替进行，依次直到底圈壁板安装完毕。正装法是指以罐底为基准平面，罐壁板从底层第一节开始，逐块逐节向上安装。

焊接自动化的优点

这些自动化焊接装备得到如此广泛的应用，是因为中国广大工程建设单位已经普遍理解了使用自动化焊接装备的明显优势：

（1）焊接质量和焊接效率可以得到明显提高并保持稳定；

（2）可降低对焊接操作人员技能水平的要求，缩短岗前的培训时间，减少培训费用；

（3）可明显降低焊工劳动强度。

不仅如此，现在工程建设单位也深切体会到自动化焊接装备的应用更有利于储罐工程施工成本的降低。埋弧自动横焊机的焊接成本约只有手工电弧焊的40%；自动气电立焊机的焊接成本约只有手工电弧焊的25%；埋弧自动平焊或角焊的焊接成本可比手工电弧焊低近40%。

储罐的焊接自动化技术

目前，罐体普遍采用自动焊工艺技术，该技术已相当成熟。

4.1 罐底板的焊接

埋弧自动焊是大型储罐建造中应用最早的自动焊方法。罐底板对接接头的焊接有两种焊接工艺：一种是普通埋弧自动平焊，另一种是碎丝填充埋弧自动平焊。碎丝填充埋弧自动平焊在焊接前，先在坡口内放置一定厚度的碎焊焊丝，以提高焊接熔敷速度。为了防止大热输人的埋弧自动焊焊穿罐底板，一般要进行手工焊封底。

4.2 壁板对接焊缝的焊接

（1）壁板纵缝焊接

采用气电立焊工艺。气电立焊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，焊接时自下向上焊，纵缝上端加熄弧板。可一次焊接成型。焊接生产率高，质量好，成本低。焊接时，罐壁板的背面要垫上水冷铜衬垫，焊缝表面采用滑动水冷铜块；弯曲成形的焊枪深入到由滑动水冷铜块和水冷铜衬垫所围成的坡口内，并沿板厚方向进行简谐振动，振动频率为50～80次/分往复；焊丝采用φ1.6mm的气电立焊用药芯焊丝；焊丝的干伸长度保持在40mm左右，保护气体采用100%的CO2，从滑动水冷铜块上部的套管内导入；焊枪、滑动水冷铜块和简谐振动装置都随焊接的进行而同步自动上升。

（2）壁板环缝焊接

采用埋弧自动横焊工艺。自动焊前，内侧用焊条电弧焊进行封底焊接。埋弧自动横焊设备在正装法施工和倒装法施工中有所不同。

对于普通型倒装储罐埋弧自动横焊装置，由焊接电源、自动送丝机、焊接机头、焊接行走机架及控制箱、焊剂循环系统、轨道等部分组成。各个部分合理地集成在焊接行走机架上，电气综合控制系统协调各部分统一工作。操作时，在储罐基础四周铺设一条与罐壁板环缝平行的圆形轨道，横缝自动焊装置置于轨道之上，并靠着罐壁板沿轨道行走。采用光斑式跟踪方法保证焊丝的焊接对中。一般采用细丝埋弧焊工艺，焊丝直径为φ2.0～3.2mm，焊接电流600～800A。焊接行走机架可以进行调节以适应不同板幅的焊接施工（板幅一般在1400～2400mm之间），机架的行走速度即是焊接速度。焊接中焊剂依靠重力作用沿导管下落到焊剂托带上的焊接电弧区，实现对电弧的保护。托带上剩余的焊剂下落到机架下部的焊剂箱中，焊接后，再吸入焊剂桶中，实现循环利用。

上述的普通型倒装储罐埋弧自动横焊装置，在实际使用中主要存在以下两个问题：一个是焊接对中不易控制，容易跑偏，主要原因是施工过程中轨道与所焊环缝很难保证平行，另外焊工画线有误差、注意力过度集中，易疲劳也经常出现跑偏现象；第二个是焊接过程中，焊剂没有实现回收/送给的自动循环，容易造成焊剂浪费，操作较麻烦。

对于正装储罐环焊缝的埋弧自动横焊装置来说，浮顶储罐所使用的自动焊设备与倒装储罐用的自动焊设备在其工作原理和系统组成方面是相同的，但结构上有以下主要区别：行走驱动机构安装在行走框架的上部。焊接时，焊接机架通过行走机构悬挂在罐壁板上端，并以壁板上端作为焊接行走轨道，焊缝对中容易；由于偏心作用，焊剂托送机构将被紧贴在壁板上；焊剂实现了回收/送给自动循环；机架一般制作成伸缩式，来适应不同的板宽需要，且机架整体较倒装储罐自动焊体积大。

焊接施工时先焊接焊缝外侧，外侧焊接结束后，即进行内侧焊前处理；采用同样的焊接方式焊接内侧。倒装储罐内侧则不能进行自动焊接。

（3）罐底大角缝焊接

采用埋弧自动焊，多台焊机应沿罐圆周均布，同一方向施焊。焊接小车依靠行走在罐底边缘板上的三个支撑轮支撑，依靠紧贴罐壁的两对磁吸附轮定位并驱动行走，进行焊接。搭接接头的罐底也可采用此方法进行焊接。

结语

今后储罐的发展方向是大容积、国产化、自动焊（包括与国产钢材、进口钢材焊丝匹配以及焊接设备）。大型储罐建设目前处于起步的初级阶段。焊接自动化技术在大型储罐建设中有广阔的应用前景。储罐建造的自动化焊接装备与技术必将随着我国储罐建设事业的蓬勃发展而发展。

参考文献

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