浅谈薄壁球罐现场组焊易出现问题、原因分析及处理对策

浅谈薄壁球罐现场组焊易出现问题、原因分析及处理对策

邓葛云万军

安徽省特种设备检测院安徽合肥

摘要：本文通过阐述薄壁球罐现场组焊易出现问题、原因分析及处理对策，指导制造单位优化组焊工艺、细化检验要点，保证球罐的制造质量和安全性能。

关键词：薄壁 球罐 现场组焊 问题 原因分析 处理对策

一 前言 

   化工项目中一些球罐因容积大，壁厚一般小于20mm，存储介质多涉及易燃、易爆或有毒危害性化学品介质，该类球罐称为薄壁球罐。因球壳板相对较薄，焊接变形量大，现场组焊时易出现各种问题，且关系到球罐的制造质量和安全性能，本文作者结合多年球罐现场组焊监督检验工作经历，整理出薄壁球罐现场组焊易出现的问题，并给出原因分析及处理对策。

二 易出现问题、原因分析及处理对策

薄壁球罐现场组焊易出现问题，主要体现在球壳板和支柱到货验收、组对、整球焊接、无损检测等方面：

1 球壳板和支柱到货验收

问题1：球壳板几何尺寸复验发现曲率不符合要求。原因分析：薄壁球壳板部件在运输过程中由于重叠摆放，在自身重力的作用下球壳板易变形导致曲率变化。处理对策：对于薄壁球壳板应注重检验宽度方向的球壳板曲率，如检验不合格，应慎重对待并可考虑返厂整形。

问题2：球壳板和支柱连接焊缝焊接质量不符合要求，主要体现在焊缝焊缝厚度低于设计值、焊缝根部未焊透。原因分析：对于薄壁球罐，支柱的厚度也薄，支柱加工出焊接坡口后和球壳板组对，组对坡口小，组对坡口经满焊后焊缝尺寸偏小，部分施焊焊工在支柱侧加焊一道焊缝后，焊缝外观虽然呈内凹外形，焊角高度也符合要求，但焊缝厚度达不到设计要求，导致焊缝强度不满足要求；支柱相贯线位置的坡口为Ⅱ型坡口，如未做处理焊后呈根部未焊透【文献3】。处理对策：对支柱和球壳板连接焊缝厚度低于设计值的应进行补焊。补焊工作可安排在整球正式焊接时，由持证焊工立焊位置焊接，焊接质量能得到保证；对发现根部未焊透的，可碳弧气刨出焊接坡口后重新焊接。

2 组对

问题1：整球组对后局部错边量超标。原因分析：（1）漏检，在球罐外壁检查错边量易漏检；（2）部分定位焊缝开裂导致组对坡口错边量发生变化；（3）球壳板边缘在运输和吊装过程中发生碰撞变形，组装前未能发现。对策：（1）在球罐内壁检查错边量尺寸不易漏检；（2）保证定位焊缝的质量、焊缝间距、焊缝长度和焊缝厚度，定位焊缝应由持证焊工焊接，焊缝间距控制在400mm～500mm，焊缝长度不少于80mm，焊层数量不少于2层；（3）组对前应仔细检查球壳板机械接触损伤情况，发现有碰撞变形的应进行矫正成形。

问题2：部分坡口被切割且组对坡口尺寸不符合要求。原因分析：（1）组装工人施工不规范，未仔细分析原因就盲目地去切割坡口；（2）球壳板尺寸确实存在偏差。处理对策：施工管理人员组对前应进行技术交底，因球壳板尺寸偏差确实需要进行切割坡口的应报请业主及施工管理人员同意，不得擅自切割坡口，切割坡口处应保证组对坡口尺寸，组对坡口宽度应和未切割坡口处一致。

问题3：上环焊缝（AF缝）、上极焊缝（F缝）定位焊位于外坡口侧，部分定位焊缝开裂；原因分析：组装时，在未搭设内脚手架的情况下进行整球调缝和固定焊，且固定焊顺序未遵从先纵缝后环缝的焊接顺序【文献2】，定位焊缝在组装应力影响下开裂。处理对策：先搭设内脚手架再进行整球调缝和固定焊，定位焊缝宜在球罐内壁，如坡口型式为V型，可先再球罐内壁固定焊，因内壁坡口根部只能焊一层，所以整球正式焊接时一边焊接一边固定焊。

3 整球焊接

问题1：整球焊后无损检测时经常发现大量密集气孔，位于以外坡口表面10mm范围内，长度为单个焊工焊接段 。原因分析： 球罐产品标准GB12337-2014、GB50094-2010规定板厚低于20mm不需要预热，所以薄球现场焊接时一般不做预热，但是受空气湿度的影响，球壳板表面含水分量难于控制，焊工焊接时经常发现焊接区域有大量水汽或水珠析出。处理对策：适当预热，焊接前使用专用预热器对焊接区域进行加热烘烤，以焊接区域表面无水汽或水珠析出为预热合格。

问题2：整球焊接完成后发现局部错边量超标情况。原因分析：焊接过程中定位焊缝在焊接应力的作用下开裂，组对坡口发生错边，焊工未及时发现错边量超标。处理对策：薄壁球罐焊接过程中，检验人员应加强焊缝检查，应在焊缝外坡口焊接完成后在球罐内壁做一次错边量检查，如发现错边量超标，可碳弧气刨去除一段外坡口焊缝再对错边量进行调整。

4 无损检测

问题1：TOFD检测时，扫查面盲区大，焊接缺陷容易漏检。原因分析：对于薄壁球罐TOFD图像，图像的深度方向拉伸程度大，越靠近扫查面变形越大，缺陷波容易变形，缺陷波因变形难以分辨导致易漏检，球壳板上打磨的光滑凹坑会导致直通波变得弯曲（图1），弯曲变形的直通波增加了扫查面盲区深度，易掩盖焊接缺陷。处理对策：（1）焊缝周边打磨前，应计算TOFD检测PCS值，焊缝周边的定位块修磨时应尽量较少打磨工作量，避免使用电动砂轮片打磨探头耦合及轨道移动位置，TOFD检测前宜采用电动百叶轮打磨去除飞溅、铁锈、氧化层；（2）TOFD检测时采用双面检测代替单面检测；（3）采用射线检测代替TOFD检测；

问题2：磁粉检测时，焊缝表面打磨质量不符合要求。原因分析：忽视磁粉检测的重要性，薄壁球罐使用TOFD检测，扫查面盲区和底面盲区靠超声检测（UT）和磁粉检测（MT）进行补充检测。球罐内壁和储存介质直接接触，如不能使用磁粉检测发现表面开口缺陷，内壁材料在张应力的作用下，漏检缺陷易快速扩展，导致球罐失效。处理对策：（1）磁粉检测前，应将焊缝两侧熔合线位置打磨圆滑过渡（图2），去除微裂纹组织和减少局部应力集中，同时去除咬边等缺陷，减少缺陷显示的判断难度。（2）球罐内壁宜使用荧光磁粉，在黑光灯照明下，缺陷显示发出荧光有明显的对比度，不易受焊缝表面凹凸不平的影响，荧光磁粉相对非荧光磁粉更易观察缺陷。

三 结语

薄壁球罐现场组焊时易出现问题，制造单位应针对薄壁球罐的特点优化组焊工艺、细化检验要点。

薄壁球罐现场组焊过程中应在球壳板和支柱到货验收、组对、整球焊接、无损检测等工序点加强过程检验，发现问题后应分析原因并给出处理对策。

参考文献：

（1）GB12337-2014 钢制球形储罐[S]

（2）GB50094-2010 球形储罐施工规范[S]

（3）球罐支柱和赤道板现场组焊监检中的问题及处理[J] 史红兵、万军 石油和化工设备 2016.12

（4) 球形储罐焊接工程技术[M]/王嘉麟,侯贤忠著.－北京：机械工业出版社，1999.12