27万m°LNG储罐铝吊顶焊接变形质量控制.pdf
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1、rquipment&Installation装置与安装27万m LNG储罐铝吊顶焊接变形质量控制杨洪滨1张宝陈立新米朝清沈伯任韩小康41,中石化第十建设有限公司山东青岛2 6 6 5 5 5;2.中国海洋石油工程质量监督化工中心站山东济南2 5 0 0 0;3.广东珠海金湾液化天然气有限公司广东珠海5 19 0 0 0;4.海洋石油工程股份有限公司天津30 0 0 0摘要2 7 万m3LNG全容式储罐铝吊顶的主要作用是承载顶部保冷材料和密封件,是LNG储罐施工中的重点管控项目之一。但因铝合金材质导热性强,且热容量大、线胀系数大、熔点低和高温强度小等特点,铝吊顶的焊接变形量及焊接质量是施工过程中
2、的控制重点及难点。通过采用新的焊接顺序,在不改变拟定的焊接材料和焊接工艺参数的条件下,有效降低铝吊顶的凹凸度,减少铝吊顶整体变形量及焊接残余应力,使整体平整度满足设计及规范要求。关键词铝吊顶焊接LNG储罐焊接顺序焊接变形中图分类号TE682文献标志码文章编号16 7 2-9 32 3(2 0 2 3)0 8-0 0 6 3-0 5国内2 7 万mLNG储罐的铝吊顶根据设计的不同,结构方式也有很大差异。有的吊顶板为螺栓连接的组装方式,不需要焊接;有的吊顶板则为焊接形式。以珠海某项目2 7 万m3LNG储罐铝吊顶为例,该储罐的铝吊顶半径4 4 9 0 0 mm,安装标高为4 8.9 7 2 m,通
3、过吊杆、加强圈与穹顶连接,由吊顶板、14 圈加强圈及不锈钢吊杆组成。铝吊顶材质为5 0 8 3-0,属于铝镁合金。1铝合金焊接1.1铝合金焊接工艺27万m3LNG储罐的焊接铝吊顶采用熔化极气保护焊(氩气),选用ER5183型号的气保焊丝。由于铝板较薄,焊丝直径1.2mm,保护气体为9 9.9 9 9%纯氩气。在氩气使用时需要注意,在引弧时提前5 s以上启送氩气,已排除管路及焊枪内的残余空气;在息弧后,继续送气10 s左右,以防止未冷却的工件焊接区域被氧化。27万m3LNG储罐要求所有焊接工艺评定采用现场原材进行试验,确保各项焊接参数的积累和现场施工的一致性。在控制各项工艺参数时,要保证线能量的
4、输出,从而保证铝合金材质本身焊接的变形量。根据线能量公式得出,一般角焊缝和对接焊缝(正面)线能量控制在8.2kJ/cm内,对接焊缝背面焊缝控制在12 kJ/cm内。具体焊接工艺参数见表1。1.2焊接特点由于铝合金与钢的物理性能差异,焊接时易产生以下问题:(1)铝的氧化能力强,氧化铝熔点高,能吸附大量湿气,易形成夹渣及气孔;(2)热传导率和导电率高,比热容、熔化潜热大,焊接电源产生的热量很快由母材疏导出去,容易产生未焊油化工建 2 0 2.0 6 3 表1铝合金焊接工艺参数Erquioment&lnstalatin装置与安装喷嘴直径焊丝直径焊接方法/mmGMAW20透、未融合及焊缝气孔等缺陷;(
5、3)铝合金的热膨胀系数大,焊接变形较为显著;(4)铝合金在37 0 左右时强度很低,焊接时易出现塌;(5)铝熔化时不像钢、铁,没有明显的色泽变化,焊接温度难以掌握。2铝吊顶焊接变形的原因分析2.1铝吊顶的波浪变形铝吊顶的吊顶板为=5 mm的铝合金板,采用搭接形式。长短不均匀且纵横交错的焊缝比较多,焊接后平面会产生波浪形,也就是凹凸度。主要原因在于:(1)因为铝合金薄板焊接时,焊缝的纵向和横向压应力使得板材失去了原有的稳定性;再者每块独立的铝吊顶薄板是长方形的,其宽窄边上焊接的热输人不均匀,故板材焊后收缩也是不均匀的;(2)加强环厚板与吊顶板的T型角焊缝焊接,会在焊缝上形成横向收缩引起角变形,而
6、其收缩量的直接表现就是铝板出现了局部凹凸,从而形成波浪变形。2.2加强环板对接焊缝的横向和纵向收缩变形27万mLNG储罐铝吊顶加强环是由14 圈铝板组成,焊缝根据厚度的不同采用单面或双面坡口形式。对接焊缝在横向(焊缝宽度方向)和纵向(焊缝长度方向)都会因受热和装配产生变形。焊缝纵向收缩主要受焊缝长度(加强圈宽度)和母材材质线膨胀系数的影响,焊接层道数量也是影响因素之一。横向收缩主要受加强圈板厚度、坡口角度的影响,板越厚、坡口角度越大,收缩量也越大。2.3加强环对接焊缝的角变形加强环板对接焊缝,尤其是单面坡口焊缝会因为受热不均匀产生厚度方向上的角变形。加强圈板焊接在厚度方向上温度是不均匀的,温度
7、低的一面膨胀小,但是直接受热温度高的一面受热膨胀大,两者的不同导致了横向压缩和塑性变形。厚度方向上直接表现出来就是收缩不均匀,一面收缩大、一面很小,产生了一定的角度,形成角变形。保护气体流量/mm/(Lmin-)1.224保护气体焊接电流电弧电压种类/A氩气1702073铝吊顶焊接变形的影响因素3.1焊接顺序铝吊顶施工过程中,未采用对称焊接,无法克服或减少由于先焊接的焊缝在焊件刚性较小时造成的变形。所以建议采用对称焊接。对于不对称焊缝,要先焊接焊缝少的一侧,后焊接焊缝多的一侧,使后焊的焊缝变形足以抵消前焊缝的变形,以使总体变形减小。3.2焊接方向对一条直焊缝来说,如果按同一方向从头至尾焊接,其
8、焊缝越长,焊接变形越大。这主要是由于整条焊缝冷却的先后不同,在膨胀、收缩过程中所受到的拘束程度不同而引起的。焊接铝吊顶过程中,应将连续焊改成分段焊,并适当改变焊接方向,以使局部焊缝造成的变形适当减小或相互抵消,达到减小总体变形的目的。在采用分段焊后,由于接头增多,应特别注意焊缝接头的质量。3.3焊接方法铝及铝合金在焊接过程中,大量热量能被迅速传导到基体金属内部。因而焊接过程中,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位。这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著。为了获得高质量的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的电源。2 7 万mLNG储罐的铝吊顶焊接采用的是熔化极气
9、保护焊(氩气)。此种焊接方法的焊丝作为电极,可采用高密度电流;母材熔深大,填充金属熔敷速度快,焊接生产率高。另外,采用直流反接,焊接铝板时有良好地阴极清理作用,可去除妨碍影响熔化的氧化膜,焊缝成形良好。3.4 材料铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍,铝凝固时的体积收缩率较大,因而焊件的变形和应力较大。4铝吊顶焊接变形控制方法4.1技术准备(1)根据设计图纸,将整个铝吊顶在CAD图纸中重新放样,画出13圈加强圈的位置与最外圈T型环的位置焊接速度V/(cmmin-)202323.527.1最大道间温度150(实际 9 8)rquipment&Installation装置与安装(T型环
10、为第14 圈加强圈)。止点焊过程中出现较大变形。(2)可将每圈加强环的对接焊缝位置在图中标注(6)底板铺设完成后,由外向内依次画出加强环安出,便于观察对接焊缝与铝吊顶板拼接焊缝的重叠位置,装位置。加强环安装位置根据图纸尺寸在铝吊顶板上划提前做出调整。线确定,根据划线位置;对加强环角焊缝与铝吊顶板搭接(3)将铝吊顶长条板短缝、长条板长缝、通长缝及异焊缝相交处的铝吊顶板搭接焊缝焊接完成后,再根据划线形板焊缝用颜色区分,便于划分区域及指导现场施工。本位置依次对加强环进行点焊固定。安装过程中,适当对加项目紫色为长条板短缝、绿色为长条板长缝、红色为通长强环安装半径进行放大(大概1%左右即可),保证焊接收
11、缝。缩时依然符合图纸设计尺寸。(4)根据图纸情况,划分五种异形板焊接区域,并采4.3合理的焊接顺序用颜色的不同来区分不同位置焊缝的焊接顺序。4.3.1整体焊接顺序(5)2 7 万m3LNG储罐的铝吊顶直径可达由外向内、由四周向中心进行焊接。注意T型环除89.97m,故在施工过程中将相邻两个加强环之间的环形外,由于该项目设计的2 7 万mLNG储罐铝吊顶T型环区域划分成6 一8 个区,即逐次对称向罐中心焊接以加强形式与其他项目有所区别,T型环是在吊顶板的下部,与环划分的区域。后续所有的焊接均需要参照此区域和颜吊顶板搭接,需在第10 圈和第11圈加强环的环形区域焊色的划分。具体划分见图1。接完成后
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