CF高强钢球罐现场组焊施工工法

CF-62高强钢球罐现场组焊施工工法一、前言二、CF-62钢球罐组焊施工工艺的原理和特点二、CF-62钢球罐施工工艺三、CF-62钢球罐施工的检测和质量管理四、CF-62钢球罐施工的检测和质量管理五、施工组织机具及劳动力安排六、应用实例及经济效益。一、前言由于工艺装置日趋大型化、单机化、对容器的要求也趋向于大型化、高性能化和轻量化，这样对可焊性好的高强度钢要求更为突出，由于球形容器焊缝集中，焊道相对过多特点，加之制造与组焊产生的多种应力，且现场为室外作业，环境条件变化大等，致使焊接裂纹问题在球形容器现场组焊中甚为突出。钢的强度越高，焊接的裂纹敏感性越强，焊接接头韧性敏感也越突出。七十年代初日本相继研制成功低焊接冷裂纹敏感性钢简称CF钢。为适应国家发展的需要，适应对大型高参数球罐的要求，86年，武钢研制出我国的CF-62钢。武钢陆续生产出CF--62钢板，结束了国内大型高强钢容器无材可选的局面而大型高强钢容器的组焊工艺和施工工法有别于16MnR、15MnR等低合金钢大型容器的施工。中国*****总公司***建设公司先后于88年1月和89年10月在萍乡和天津完成了200m3和400m3三台CF-62钢球罐组焊施工，并经投产使用后一年、二年、三年的数次开罐检查，符合有关标准规范要求，无超标缺陷，证明组焊工艺是正确的，国产CF-62高强钢组焊工艺于91年获化工部科技进步奖；采用CF-62低裂纹敏感性高强钢代替16MnR、15MnR钢组焊大型压力容器，避免了焊前予热及焊后整体消应热处理工艺简化了劳动强度，节省了能源、为我国高强钢大型球罐施工工艺开辟了一条新路。二、CF-62钢球罐组焊施工工艺的原理和特点(一)施工原理：本工法球罐组焊采用散装法安装、组对，全位置焊接，焊缝无损检测结束后，进行压力试验和有要求时进行气密性试验。(二)特点由于采用高强度低裂纹敏感性钢材，并经各项试验，制定了一整套组焊工艺。１、对于同压力球罐，厚度可大大减小，从而大量节约钢材。一般为24-28％。２、避免了球罐整体热处理工艺，节约了热处理费用。３、减少了予热温度及减小了钢板厚度，从而降低了劳动强度。４、缩短了工程建设周期。５、在施焊工艺上，比16MnR控制更严格，特别应控制线能量过大与过小。６、组对用的临时焊接件工装卡具应尽量用同材质或含S、P量小于0、0.3％的低合金钢。７、焊条应采用低氢型高强钢焊条--新结607CF焊条。８、焊工应在16MnR钢相应焊位合格基础上进行考试合格。三、CF-62钢球施工工艺(一)现场组装１、组装前应对球罐零部件进行数量和质量的复验，数量应符合图纸和装箱单，球壳板制造质量复验。(1)首先对球壳板的外观进行检查，球壳板不得拼接，其表面不允许有裂纹、气泡结疤、折叠和夹渣等缺陷，球壳板不得有分层、对于板壳表面的锈蚀、运输局部磨损、坡口气割凹坑等进行打磨，对缺陷深度大于2mm，进行补焊并打磨平整，球壳板实际厚度不得小于名义厚度减去钢板厚度负偏差之值。(2)对球壳板的曲率及几何尺寸进行测量曲率为：弦长样板弦长任何部位间隙(mm)(mm)L≥2000≮2000≤3L<2000≮球壳板弦长≤3几何尺寸：(1)长度方向弦长允差不大于±2、5mm；(2)宽度方向弦长允差不大于±2mm;(3)对角线弦长不大于3mm；(4)两条对角线应在同一平面上，用两直线对角测量时，两直线的垂直距离偏差不得大于5mm。(5)球壳板应进行超声波探伤抽检和测厚抽检、数量为板总数的20％且每带板不少于两块，极板不少于一块，并对球壳板之坡中周边100mm内进行超声波探伤，标准按ZBJ74003规定，Ⅲ级合格发现超标缺陷应加倍抽查，如仍有超标缺陷，应100％进行。对于尺寸超标的板片根据情况进行修理。２、基础验收和二次灌浆(1)于安装前对球罐基础进行检查验收，其标准和内容按GB12337-90中9、1条进行，其中地脚螺栓分予留孔和予埋两种，前者孔中心和基础中心间距允差为±8mm，后者栓中心和基础中心园间距允差±2mm，基础外观检查，不得有裂纹、蜂窝、空洞、露筋等缺陷。(2)二次灌浆基础表面应铲麻，麻点深不小于10mm，密度以3-5点/cm2为宜，表面不得有油污或疏松层，浆应填实在底板和垫铁，使之紧密接触。３、组对平台及支柱组焊(1)现场铺设20mm厚钢平台10×4m，水平允差2mm。(2)当制造厂对支柱与球壳板分件供货时，应在平台上做一支柱组焊胎，保证赤道与支柱间角度及相对尺寸准确，完成支柱与赤道板的焊接，组焊后用弦长不小于1000mm样板检查赤道板曲率，最大间隙不得大于3mm、支柱与赤道板组焊后直线度允差不大于L1/1000(L支柱分段时为上段长，单位mm，整段时为全段长)支柱直线度允差不大于L/1000(L支柱全段长度mm)支柱与底板组对应垂直，其垂直度允差为不大于2mm。４、组装程序及要求：为防止产生微裂、减小组对应力和防止应力集中源之产生组装中应尽量减少角变形、严控错边量，采用分片组装法组装，其程序为：赤道带组对点焊-→立中心柱-→下温带及下环缝组对点焊-→上温带及上环境组装点焊-→中心柱拆除-→上、下极板组装点焊。(1)首先带支柱的赤道板吊上基础，检查好垂直度后把紧地脚螺栓，上好内外拖拉棕绳，未带支柱板片插入其中，上好卡具。对全带板进行调整，使上、下环口水平偏差小于2mm。(2)上、下温带板片大于4米时可借用立中心柱进行固定，小于4米时可用卡具，借助拖拉绳固定最后点焊。(3)各带板点焊前均应进行调整，要求球壳两极间净距与球壳设计内直径之差、赤道截面最大内直径与最小内直径之差均应小于设计内直径的0、4％，在焊后为0、7％，且不大于80mm。(4)球壳组对不得用机械方法强力组对、对口间隙按施工图要求进行对口，错边量不得大于3mm，且不大于1/4球壳板厚。(5)组装后，用弦长L不小于1000mm样板，沿对接接头每500mm测量一点、棱角E(含错边量)应控制不得超过5mm。(6)支柱坚直安装后，在球罐的径向和周向两个方向垂直度允差，当支柱高度H小于等于8m时为不超过10mm，当高度H大于8m时为不超过1、5H/1000,且不大于15mm。(7)组对方法：①标位、划线a、组装前每块球瓣应预先标出中心位置，划出内外中心线，然后焊上定位块。定位块的尺寸允差为±1mm，焊接要求同正式施焊，焊角高6mm，以焊接处为中心至少在120-140mm范围内予热，定位块距坡口处至少3-4倍板厚。b、在基础内部的平台上找出中心，放出赤道带板标准确尺寸投影位置，并在各个支柱基础上分别放置δ20mm的定距板固定地脚螺栓并将定距板点焊到与基础夹紧的角钢框上，然后灌浆，定距板的不平度不大于±1mm，灌浆后地脚螺栓径向偏差小于2mm，周向偏差小于1mm。②赤道带的组对点焊先将找出中心线的柱子与赤道带板放在平台上组对好，使其不直度小于2mm，然后在柱子接口处进行点焊，共三点，每点长度20mm然后分别将其吊上基础，并连接柱子间拉杆吊线检查柱子、板片确已垂直，位置准确后把紧地脚螺栓，接着将其它几块板吊入，上好卡具。对全部带板进行调整，使上环口水平度偏差小于±2mm，椭圆度小于10mm，进行点焊，与此同时柱子对接处的接口应完成焊接工作。③立中心柱在球罐中心立一个中心柱，底部由四个螺栓紧固，顶部用三根拖拉绳(成120度角)拉紧，在中心柱的适当高度两处或三、四处(视球的大小而定)分别焊Φ500mm、δ20mm的圆钢盘，便于上下各温带组对时使用。④下温带及下环缝的组装点焊依次将下温带板片吊入罐体，下部与赤道带连接、部通过拉杆和中心柱的作用使之就位，然后对下温带板进行调整，并点焊纵缝，最后点焊赤道带与下温带间的环境。⑤上温带及上环缝的组装点焊方法同下温带,将上温带板片下部与赤道带连接,上部用拉杆中心柱作用就位并进行调整,点焊纵缝及上环缝。⑥拆除中心柱各带板调整、点焊结束后，拆除中心柱，其方法是用吊车从上部分节吊出。⑦上、下极板安装将放地罐底部的各块下极板从上部吊起，将下极板组对、点焊，然后再吊装各块上极板，并点焊。极板吊装时先吊中间极板，后吊两侧极板。(二)焊接工艺１、抗裂性能试验和焊接工艺评定CF钢球罐施工前必须进行抗裂试验。CF钢为焊接裂纹敏感性低的高强钢，所以要求进行抗裂性试验。斜Y、直Y、窗形拘束裂纹(壳板厚大于25mm)必做。(1)斜Y型坡口焊接裂纹试验：方法接国家标准GB4675.1-84(焊接性试验斜Y型坡口焊接裂纹试验方法)规定进行，评定标准裂纹率应为0。(2)直y型焊接裂纹试验：参照现行国家标准GB4675.1-84进行。坡口形式按GB12337-90(钢制球形储罐)8、3有关规定评定标准裂纹率应为0。(3)窗形拘束裂纹试验：按GB12337-90附录B(参考件)进行，依实际施工条件，与球壳板同材质、同厚度、同一坡口形式，从双面施焊，为横焊应经72小时后取下，试板经磨削透照、磁探、微观检查，以无裂纹为合格。焊接工艺评定试验要求按JB4708-92(钢制压力容器焊接工艺评定)规定进行依现场施焊位置进行评定。平加仰、横焊位、立焊位、经无损检测探伤合格后进行力学性能试验合格。所选定的焊接工艺为下表(表一)焊接工艺参数(表一)焊接位置平焊立焊横焊仰焊焊条直径Ø3.2Ø4Ø3.2Ø4Ø3.2Ø4Ø3.2Ø4电流120－150170－21090－120130－160120－150170－21090－120120－160电压(V)26－3028－3224－2826－3024－2826－3024－2625－26焊速（cm/分）8－1410－184－84－812－188－165－105－10线能量(KJ/CCM)21－4516－3222－4617－3819－2517－44焊前予热温度90℃，焊接层间温度不低于予热温度，可适当加大但控制在120℃以下。焊条烘干及保温同正式施焊要求。２、焊工培训和资格考试认证。CF钢球罐组焊前对焊工必须进行培训，要求受培焊工在16MnR钢施焊考试合格的基础上进行CF钢焊球培训，然后考试并取得劳动局颁发的相应类别、位置焊工合格证。于焊工培训时要进行CF钢性能，施焊要点和16MnR钢的焊接性能区别等内容的交底，一般宜在焊接工艺评定之后进行培训、以取得各施焊位置的工艺参数。如在工艺评定之前，应进行焊工技能考试工艺试板进行评定，以取得工艺数据指导和考核焊工培训及考试。３、焊接A、焊接前的准备(1)焊条的干燥和对熔敷金属力学性能和扩散氢含量的测定。要求焊条贮存保持干燥，贮存库相对湿度不得大于60％，焊条使用前应进行烘干，以400℃1、5-1小时为合适、烘干后焊条应保存在100℃-150℃的恒温箱中。焊条在保温筒中不宜超过四小时，超过后应重新进行烘干。重复干燥次数不宜超过两次。对焊条熔敷金属应按批进行力学性能δs、δb、δn、Akv的复验，对熔敷金属扩散氢含量(H)进行测定、测定按GB3965-83(电焊条熔敷金属中扩散氢测定方法)中甘油法进行，要求(H)≤1、5mL/100g为合格。对607CF焊条的各项要求一定要严格，这对防止裂纹及气孔是一项重要措施。(2)工卡具焊接和定位焊接焊接工艺和对焊工的要求应与球壳焊接相应；其予热应在定位焊和工卡具焊接处至少150mm范围内进行予热；定位焊引弧和熄弧点应放在工卡具焊道上，严禁在非施焊位置引弧和熄弧，卡具拆除不得损伤球壳板、切除后应打磨平滑并进行渗透探伤检查合格。B、施焊(1)清除坡口表面和两侧至少20mm范围内油污及水分杂质等；球壳板和焊件的予热应按工艺评定所确定的温度即90℃进行，如：板厚大于32mm和拘束度高的部位如人孔、接管等或环境温度低于5℃时可提高予热温度至100-120℃，予热要求均匀，予热宽度为焊缝中心线两侧各3-4倍板厚并不少于100mm，温度测量在距焊缝中心线50mm处对称测取、每条焊缝测点不少于3对，层间温度亦不低于予热温度的下限。(2)严格控制线能量，并进行测定记录，横焊位和立焊位尤应严格控制。焊道始端应采用后起弧法，终端应将弧坑填满、各层间接头应错开。(3)碳弧气创进行清根，然后进行打磨修整创槽、磨除渗碳层，并将定位焊金属清除、清根后，坡口形状、宽窄应一致，并进行着色探伤检查，按GB150附录H标准以无缺陷为合格。(4)焊接顺序施焊顺序先纵焊缝后环焊缝，在外部所有焊缝全部完成后，在内部清根着色探伤检查合格后，再施焊内部焊缝。赤道间隔纵缝→下温带间隔纵缝→上温带间隔纵缝→上下极板纵缝→赤道带剩余纵缝→下温带剩余纵缝→上温带剩余纵缝→下环缝→上环缝→上下极板环缝施焊时要求对称焊接，视球的大小，分别以4、6、8名焊工对称进行。各焊工焊接速度要求致，纵焊缝底层要求分段倒退焊，环焊缝以多人同时按同一方向均速焊接。对接焊缝的余高不应超过2mm。否则应打磨平整，球壳板与凸缘接管、接孔及补强圈等的连接焊缝应进行修磨，使其平缓过渡。以减少组焊应力，角焊缝应有圆滑过渡至母材的几何形状，补强圈处角焊缝焊脚，当补强圈厚度大于等于8mm时，其焊脚等于补强圈厚度的70％，且不小于8mm。C、修磨和返修焊补修磨球壳板表面和焊缝表面的缺陷及工卡具焊迹必须用砂轮修磨，修磨范围内的斜度至少为3:1。修磨后的球壳实际厚度不得小于计算厚度加腐蚀裕量。磨除深度应小于玩赏壳名义厚度5％，且不大于2mm，超过时，应进行焊补。焊补焊补焊接工艺应球壳焊接工艺相同。(1)对球壳表面缺陷进行焊补时，每处的焊补面积应在5000mm2以内，如有两处以上焊补时，任何两处的净距应大于50mm，每块球壳板上焊补面积总和必须小于该块球壳板面积的5％，补焊后的表面应修磨平滑、修磨范围内的斜度至少为3.1，且高度不大于1.5mm。当球壳板表面焊补深度超过3mm时，还应进行超声波探伤。坡口表面缺陷应在渗探合格后进行。焊补后应磨平，使之保持原坡口形状尺寸。(2)对焊缝表面缺陷进行焊补时，焊补长度应大于50mm。焊补后，应在焊补焊道上加焊一道凸起的回火焊道，回火焊道焊完后，应磨去回火焊道多余的焊缝金属，使其与主体焊缝平缓过渡。(3)对焊缝内部缺陷返修焊补时，清除的缺陷深度不得超过球壳板厚度的2/3。若清除到球壳板厚度的2/3处还残留缺陷时，应在该状态下焊补，然后在其背面再次清除缺陷，进行反修焊补。焊补长度应大于50mm。(4)焊缝同一部位的焊补次数不宜超过两次，如超过两次，焊补前应经公司主管技术总负责人批准。反修焊补次数，部位和返修焊补情况应记入球罐质量证明书。４、产品焊接试板产品试板由施焊球壳的焊工，在球壳施焊过程中运用相同的条件和相同的焊接工艺进行。焊工施焊单位检查人员在诸多施焊焊工中指定；各施焊位置应各做一块产品焊接试板。一般应有平十仰、立、横焊位三组试板，试板的尺寸、试样、截取、试验方法，合格指标按GB150附录G的规定进行。四、CF-62钢球罐施工的检测和质量管理(一)施工检测CF-62钢球罐组焊施工全过程从板片及部件运至现场开始，到球罐组装竣工交付使用止。应进行一系列检测监督。本球罐的检测方法，同一般三类压力容器检测方法，但在具体要求上有所区别，即偏严。１、球罐外观尺寸检查，依据国家规范GB12337-90(钢制球形贮罐)和公司内部企业标准进行。外观检测其各部尺寸均应符合要求。检测项目及控制参数为下表(表二)球罐现场组焊外观检测项目及内控数据(表二)工序序号项目单位公司内控标准预组装1焊缝错边量Mm≤1.5且>32焊缝间隙Mm0－3.53焊缝形成的棱角度度Mm≤54环口允差(Ømaax-Ømainn)Mm≤0.5%D内5圆度eMm≤0.3%D内且且>40组装焊接1组对间缝Mm3±12错边量Mm≤23坡口宽度误差Mm±24焊前角变形Mm≤45焊后角变形Mm≤76内径偏差Mm≤0.3%D7圆度Mm≤0.5%D8支柱垂直度Mm≤69支柱底标高Mm±210相邻支柱间距Mm±211接管垂直度或水平平度Mm≤212接管长度与位置误误差Mm±513法兰面偏斜Mm1/100D且不不大于314焊缝宽度误差Mm＋215焊缝加强高Mm0.5-216焊缝咬边Mm不得有咬边，否则则补焊２、无损检测从事球罐无损探伤人员。必须持有劳动部门颁发的锅炉、压力容器无损检测人员技术等级监定证书。取得Ⅱ级以上证书的人员方可填写和签发检验报告。焊缝表面的形状尺寸及外观检查合格后，方可进行无损探伤。CF62钢球罐组焊全过程的无损检测包括渗透、磁粉、超声波、射线四种检测方法。8个100％检验。(1)全部球壳板的20％及零部件100％进行超探，标准前者按ZB74003-88(压力容器用钢板超声波探伤)进行，Ⅲ级合格，后者按JB3963-85(压力容器锻件超声波探伤)进行。(2)对全部球壳板和零部件的坡口及外边缘100mm内进行100％超探。按ZB74003-88进行。(3)焊缝单面成型清根后100％渗透探伤。按GB150附录H进行。(4)对球罐对接焊缝内外表面、补强圈及支柱角焊缝外表面、碳弧气刨清根处(打磨去除氧化渗浸探层后)，工卡具定位块拆除及焊痕表面修磨补焊点等处，按前款标准100％渗透控伤。(5)对球罐内外表面对焊缝和角焊缝及边热影响区100％按JB3965-85(压力容器磁粉探伤)进行磁粉探伤Ⅰ级合格。(6)球罐对接焊缝于试压之前100％按GB3323-87(钢熔化焊对接头射线照相和质量分级)进行射线探伤Ⅱ级合格，照像质量级别AB级。(7)对全部环焊缝及距环缝500mm内的纵缝(丁字缝)100％探伤按JB1152-81(锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤)探伤标准进行Ⅰ级合格。(8)对上述经超声探伤和进行表面微裂纹探伤(磁探、渗探)部位，(含制造厂焊接焊缝)、在耐压试验后，对试压波及的部分再进行一次100％，同原检测项目相同的复查。３、质量管理强化公司质保体系运行，认真执行公司(厂)质保手册及专业管理制度的各项规定，班组设检查员(兼)。按(三检一评)规定进行。于每台球罐施工前，均应进行质量和技术交底。球罐的组装和焊接工艺乃至全部施工进程中，严格按公司(厂)颁发的《压力容器质量保证手册》进行。组焊全过程应遵守公司(厂)颁发的《一、二、三类（含球罐）组焊质保体系控制表》之各个环节，和控制点规定。QC小组在组焊球罐全过程中应积极开展活动，定期召开质量问题分析会，运用质量分析图表对所有参与施工人员进行质量分析图表对所有参与施工人员进行质量教育。４、压力试验和气密性试验球罐安装完毕后，应按图样规定进行压力试验和气密性试验，压力试验时必须在球罐的顶部和底部各设置一个量程相同并经过计量检定合格的压力表。表的量程为试验压力的2倍左右，但不应低于1.5倍或高于4倍的试验压力。压力表盘的直径应不小于150mm。试验压力以球罐顶部压力表读数为准。球罐的开孔补强圈应在压力试验前通入0.4-0.5Mpa的压缩空气检查焊缝质量。水压试验：水的温度不得低于5℃，试验按GB12337-90规定进行。试验压力为设计压力的1-2.5倍，经逐级升级试验压力的50％，90％分别保持15分和30分钟。然后降至设计压力进行检查。以无渗漏为合格。气密性试验：如设计规定进行时应在水压试验合格后进行试验压力为设计压力的1.05倍。具体按GB12337-90规定进行。五、施工组织及劳动力安排以2000m3球罐施工为为例如下图。焊工培训施工准备工艺评定方案编制基础准备二次灌浆板片复验上温带组对赤道板组对支柱组焊下温带组对极板组焊赤道外部间隔纵缝焊接下温带外部间隔纵缝焊接外上、下极板纵缝焊接上温带外部间隔纵缝焊接外赤道剩余纵缝外上温带剩余纵逢焊接上环缝焊外下温带剩余纵缝内赤道纵缝上、下极板环缝下环缝焊内清根着色内下温带纵缝内极板纵缝内上下缝内上温带纵缝表面磁探返修内极板环缝水压气密试验无损探伤防腐保温交工图一200m3球罐施工工工序流程图球罐竣竣工后，安装单位应应按劳动部(压力容器安安全技术监察察规程)和GB123337(钢制球形储储罐)有关规定的的技术文件整整理交建设单单位，其中一份安安装组焊单位位保存，建设设单位需会同同安全监察机机构或授权的的检验机构进进行验收。球罐施工工全过程应按按《压力容器器安全技术监监察规程》的的规定，主动动接受当地劳劳动安全监察察机构或其授授权的检验机机构监督。(二)施工组织及及劳动力安排排施工组织织以施工队下下辖专业施工工班组，如焊焊工班、铆工工班、起重班班及材料组、防防腐保温组，探探伤组等。劳动力安安排依据施工工工序-顺序分别于于不同时间提提前1-2日就位，进进行工序施工工前的准备。劳动力组组织如下：以2000-400mm3球罐的劳劳动组织为：：队长1人焊条管理员1人((烘烤、管理)技术人员员1人焊工6-8人检查及兼兼安全员1人铆工4-5人材料员11人起重工4人气焊工11人电工1人辅助工44人探伤工4人(三)机具设备(200-4000m3球罐为例)１、汽车车吊200T1台２、直流流电焊机AAx-500010台３、空气气去湿机KK2S-37台４、焊条条烘烤箱00-500℃1台５、焊条条恒温箱00-300℃1台６、电动动试压泵DDxY-6001台７、空压压机CZZ-60/3301台８、保温温箱大号77个９、轴流流风机11-1141.55KW11个１０、磨磨光机Φ1804台Φ1504台Φ1254台Φ1004台１１、低低压变压器2200/36-112v1台１２、红红外线加热器器1套１３、高高压空压机(视需要时按按压力选用型型号)1台１４、xx射线探伤机300EEc-S2型2台１５、超超声波探伤仪仪CTSS-22型2台１６、测测厚仪UTM--10型1台六、应用实例及经经济效益两项工程程应用实例：：(一)1987年11月-88年1月用CF-62钢在江西萍萍乡钢厂建造造了200mm3，设计压力2.94MMpa的氧气球罐罐组织工期历历时27天。１、节约约钢材：用16MnR同压力厚度度为42mmm,而CF62钢为30mmm。单台节约约钢材1