球罐焊接工艺
第1章 焊前准备：
第1节 16MnR钢的焊接性分析
16MnR钢属低合金钢，供货状态为正火，Pcm>0.25%，具有一定的冷裂倾向，根据16MnR的焊接CCT图可以看出，不产生马氏体的临界冷却时间tp′=26s，根据板厚34mm 16MnR钢的线能量范围12～50kJ/cm，结合CO2气体保护电弧焊t8/5冷却时间线算图，初步确定预热温度范围为80～150℃时，t8/5> tp′。
第2节 焊接工艺评定
根据GB4708-92《钢制压力容器焊接工艺评定》的要求，分别对平
仰焊、立焊和横焊三种位置进行评定。
评定项目如下：
射线检验、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验（-12℃）。
焊接工艺评定报告编号为Q-40 （平仰焊）
Q-41 （立焊）Q-42 （横焊 ）
第3节 焊工的培训与考核
从事球罐焊接的焊工，必须经过严格的培训与考核，并取得劳动部门颁发的锅炉压力容器焊工考试合格证书（证书应在有效期内），施焊的钢材种类、焊接方法和焊接位置均与焊工本人考试合格的项目相符。
第4节 施工现场准备
为了保证自动焊焊接工艺的正常进行,确保自动焊焊接质量,在施工现场必须采取以下措施:
1.焊接设备及附件的检查施焊前,应仔细检查焊接电源、送丝机构是否完好，CO2气体压力是否符合规定，气体预热器、气压表、气流表是否正常，输气软管、焊接电缆有无破损泄漏，控制电缆接头是否接触良好。一旦发现问题应及时修复后再进行焊接，不得带故障运行。
2.焊接电源摆放
焊接电源应放在通风、干燥、洁净的环境中，三台焊接电源配备一个焊机房。焊接电源的供电应单独配给，不得与其它载荷并网合用，防止电压波动和偏相而影响焊接质量。为提高对焊接参数控制的准确性，减少电流损失和电压降，焊接电源应尽量靠近球罐。
3. 对球罐脚手架搭设的要求
脚手架的搭设应考虑送丝机的放置、焊工焊接时的摆动及预热器的架设方便，为使焊工上下操作方便脚手架每层间距为1.7m左右，脚手架立杆距离纵缝焊道左侧不小于800mm宽，距离纵缝焊道右侧不小于250mm宽，脚手架横杆应在环焊缝下侧500mm左右，脚手架内侧横、立杆应距离焊缝300mm以上。脚手架应牢固、安全、可靠。
4. 防风措施
为减少自然气候因素对焊接过程的影响，必须在球罐周围利用脚手架搭上防风蓬布（为防火安全，所有蓬布一律用阻燃蓬布），以防止空气流动破坏保护气体对熔池的保护作用，防风蓬布应搭设严实。
5. 球罐本体焊缝组对、点固焊
焊接质量的好坏，不仅取决于焊接设备及焊工本人，上一道工序的质量好坏，直接影响着焊接质量，制约着焊接施工的工期，实践证明，坡口表面打磨的质量、组对间隙及点固焊都影响着焊接质量，尤其是组对间隙和点固焊的质量好坏是产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷的问题所在。
5.1 对坡口的要求
A.焊接坡口应保持平整，不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷，尺寸应符合图样规定。
B.坡口表面及两侧各20mm应将水、铁锈、油污、积渣和其它有害杂质清理干净，露出金属光泽。
5.2 组对间隙应严格控制在1～4mm范围内，错边量≤3mm。5.3 点固焊
①纵缝点固焊
为防止球罐焊缝在施焊过程中发生较大的错边和变形及在预后热时,由于温度变化的影响产生裂纹,需采用组对卡具和坡口内点固焊相结合的方法。
具体步骤如下：
A.用组对卡具调节焊缝间隙至1～4mm，错边量≤3mm。
B.在焊缝内侧坡口（小坡口）内进行点固焊，点固焊缝长度为150～200mm，厚≥11mm（以焊缝内侧坡口填平为准，但不能超出坡口外），点固焊焊道间距为300mm。
C.每条焊缝点固焊完毕后，剩下中间两个卡具，其余全部拆除。纵缝内侧坡口点固焊接按下列方案进行：
A.点固焊接采用手工电弧焊，焊接电源为直流弧焊机，焊条采用J507，规格Ф3.2，Ф4.0，焊条使用必须按压力容器焊接材料规定条款执行。
B.焊前必须清理坡口，用磨光机除去施焊处锈污。
C.点焊顺序为先点固焊缝两端，然后点固中间，再向两头逐个对称加密。
D.点固焊前，点焊处需进行预热，预热温度应达到100～200℃。
E.点固焊由两组人员以球罐中心轴线对称同时施焊，并按同方向旋转进行。
F.点固焊引弧熄弧均应在内侧坡口内，严禁在球壳板上引熄弧。收弧时应将弧坑填满。
G.点固焊过程中，应配备一名铆工，随时对焊缝间隙和错边量进行测量和调整。
H.点固焊道应在坡口内侧清根气刨时一起刨掉。
② 环缝点固焊
环缝点固也采取组对卡具与点固相结合的方案，具体如下：
A.环缝T型接头两侧用一对卡具固定，卡具中心相距500mm。
B.环侧内侧坡口点固焊焊道的长度，厚度及相邻焊道距离均与纵缝点固焊相同。
C.环缝内侧坡口点固焊工艺方案及要求均与纵缝点固焊相同。点固焊后，应将焊道表面的药皮去除并由专检员按上述要求进行检查确认。
第2章 焊接工艺过程
1.主要工作量：单台球罐焊缝总长460m，其中纵缝总长286m，环缝总长174m，支柱角焊缝长100m。
2.焊接方法：CO2气体保护半自动焊+手工焊。
3.焊接设备：CO2气体保护焊机6台，硅整流焊机8台。
4.坡口型式：对接焊缝采用非对称X型坡口，大坡口在外侧，小坡口在内侧。
5.焊接顺序
5.1 焊接顺序的原则是先纵缝，后环缝，先大坡口，后小坡口。为了使焊接过程中产生的应力分布均匀，要做到均匀配置焊工，同时对称焊接，采用逆向分段退步焊，力求焊速一致。
具体焊接顺序为：赤道带纵缝大坡口焊接——赤道带纵缝小坡口清根、探伤、焊接——温带纵缝大坡口焊接——温带纵缝小坡口清根、探伤、焊接——上、下极带大纵缝大坡口焊接——上、下极带大纵缝小坡口清根、探伤、焊接——上、下极带小纵缝大坡口焊接——上、下极带小纵缝小坡口清根、探伤、焊接——上、下极带环缝大坡口焊接——上、下极带环缝小坡口清根、探伤、焊接——赤道带环缝大坡口焊接——赤道带环缝小坡口清根、探伤、焊接——温带上、下环缝大坡口焊接——温带上、下环缝小坡口清根、探伤、焊接——工卡具焊疤与局部焊缝外观的修磨——无损探伤——局部焊缝返修——无损探伤。
5.2 纵缝的焊接
纵缝外侧打底焊时，第一层和第二层焊道采取分段焊，先焊上半段，后焊下半段。其余焊道应一次焊到头。
5.3 环缝的焊接
焊接环缝时应控制线能量不小于最低极限，即在焊接电流、焊接电压一定时，焊接速度不能超过允许的最大值。环缝外侧打底焊时，先点
固两端，再分段焊中间，逐渐向两边加密，后连接成一条。除打底焊外其余焊道一次焊完，每层由下而上排条填充，每条焊完后，应将熔渣彻底清理干净方可焊下一条。每层焊肉高度要基本相等，高出的地方用磨光机去除，低洼处应补焊平齐。
6.焊缝清根
焊缝外侧全部焊完后，内侧用碳弧气刨进行清根，刨完后用砂轮机磨光，做100%着色或磁粉检验，确认无缺陷后，方可进行外侧焊接。
7.焊接工艺参数
CO2气体保护焊及手工焊、点固焊的焊接工艺参数详见焊接工艺卡。
第3章 焊接施工管理

第1节 气象管理

施工现场焊接环境当出现下列任一情况时，应采取具体有效的防护措施，方可进行CO2气体保护焊及手工电弧焊。

A． 下雪、下雨、下雾；

B． 环境温度在-5℃以下；

C． 风速≥8m/s（手工焊）、风速≥2m/s（CO2气体保护焊）；

D． 相对湿度≥90%。

为了有效地对气象条件进行监督和管理，在施工现场应设置专职监督员和气象告示牌，负责每天气象监督、管理和记录等工作。
第2节 焊材管理
1 焊丝的供应与验收
由供应部门供给的焊丝、焊条必须具有材料质保书、出厂日期和批号，有明显的焊丝、焊条牌号、规格等标记，并满足相关标准的有关规定，同时也应满足GB12337-98中的关于焊丝、焊条的要求。
2 焊丝、焊条的存放与保管
球罐使用的焊丝、焊条必须有专人、专库保管，库房内应有湿度和温度调节设备，库房内湿度不得大于60%，温度不应低于10℃。焊条使用前必须在350～400℃的温度下烘烤1小时，然后置于保温箱内在100～150℃的温度下保温，随用随取。烘烤员要认真做好入库与烘烤记录。
2.3 焊丝、焊条的发放与回收
焊丝、焊条由烘烤员负责发放与回收。焊工领回焊丝后，应对焊丝外观进行仔细检查，发现有锈蚀现象，严禁使用，如有水分或污物，应进行烘烤或擦拭干净，每盘焊丝打开包装后，尽量当天用完，如当天未使用完，应退回烘烤员，放进库房保管，不允许露天放置。焊工领用焊条要使用保温桶，焊条在保温桶内存放时间不得超过4小时，否则重新烘烤，重复烘烤次数不得超过2次。烘烤员要认真做好发放与回收记录。
2.4 保护气体的使用和管理
供应部门对所使用的CO2气体应定点购货，并定期进行抽查，严格保证CO2气体纯度在99.5%以上，气体进场后应倒置48小时，打开阀门进行放空，确认没有存水后方可使用，否则不得使用。
现场焊接时，应使用气体预热器对CO2气体进行预热，预热温度在
60℃左右，并设专人监看气体流量和瓶内压力，当瓶压低于2MPa时停止使用，并立即更换新瓶，如发现预热器不热，造成瓶口结霜现象，必须立即停止焊接，及时处理好后，才能重新施焊。
第3节 预热、层间温度控制和后热
焊接过程中预热、后热对焊缝缓慢冷却，改善热循环，促进焊缝中扩散氢的充分逸出，防止产生冷裂纹具有重要作用。因此，本次球罐焊接中应加强对预热、后热和层间温度的控制的管理，具体要求见下表：
几点说明:
3.1 预、后热采用煤气加热方法，加热部位在施焊部位的另一侧。3.2 当出现下述情况时，应取预热温度的上限值，后热温度也应提高到250℃，后热时间相应延长。
A. 环境温度低于10℃；
B. 焊道过短；
C. 处于不利的焊接位置（如仰焊、横焊）；
D. 拘束度大或应力集中的部位（如T型接头）。
第4节 焊接线能量的控制
焊接线能量是影响焊接接头质量的重要因素，过大的线能量会使热影响区加宽，导致焊缝金属和熔合线缺口韧性降低，过低的线能量可能造成高硬度，低韧性的热影响区组织，而且可能产生氢致裂纹。现场施焊时，线能量宜控制在12～50kJ/cm。
焊接线能量的计算按下式进行：
线能量(J/cm)=[60×焊接电流(A)×焊接电压(V)]/[焊接速度(cm/min)]
根据焊接线能量范围，选择正确的焊接电流、焊接电压、焊接速度进行控制（详见焊接工艺卡）。现场应配备一名焊接记录员，及时做好焊接线能量等记录。
第5节 焊完后
每条焊缝焊完后，焊工应首先对焊缝表面质量进行自检，并在焊缝中间部位离焊缝中心50mm处打上焊工钢号，然后由专检员进行检查认可。
第4章 产品焊接试板
球罐焊接的同期，应焊接球罐的产品试板，每台球罐应焊制平仰焊、立焊、横焊等三块试板，试板应由施焊该球罐的焊工采用与球罐焊接相同的条件和焊接工艺进行焊接。
第5章 焊接检验
1.焊缝表面质量应符合下列规定
1.1 焊缝与母材应圆滑过渡，对接焊缝的余高尺寸为0～3mm，支柱角接焊缝的焊脚尺寸为12mm。
1.2 所有焊缝及热影响区表面不得有裂纹、夹渣、气孔、弧坑、飞溅等缺陷。
1.3 焊缝两侧不允许有咬边。
2.所有对接焊缝、角焊缝、工卡具的点焊部位及其热影响区应在热处理前和压力试验合格后各做一次100%着色或磁粉检验。检验前用磨光机对上述部位存在的缺陷进行修磨，修磨范围内斜度至少为1:3，修磨深度应小于球壳名义厚度的5%，即1.5mm，若修磨深度或缺陷深度大于1.5mm，则应进行补焊。除焊缝缺陷采用半自动焊或手工焊进行补焊外，其余均采用手工电焊条进行补焊，具体补焊工艺如下：
2.1 预热缺陷存在处，预热温度应在100～200℃；
2.2 用磨光机磨去缺陷，经磁粉检验合格后，方可焊接；
2.3 用J507焊条将凹陷处焊满；
2.4 将补焊处打磨平滑。
4.5.3 焊缝内部检验
当焊缝表面检验合格后，方可进行焊缝内部检验，检验方法采用100%RT检验，并进行20%UT复验（包括全部T型接头），具体见无损检测方案。
第6章 焊缝的修补
1 表面缺陷的修补
对于焊缝表面的裂纹、夹渣、气孔、弧坑等缺陷，要求在预热状态下打磨，清除干净后，用半自动焊或手工电弧焊及时补焊，补焊工艺与正式焊接相同。
2 内部缺陷的修补
2.1 通过射线检查确定焊缝内部缺陷的位置及性质，用超声波探出其存在的深度，分析缺陷产生的原因，提出相应的返修方案。
2.2 返修前应编制详细的返修工艺，经焊接责任工程师批准后才能实施。返修工艺至少应包括缺陷产生的原因；避免再次产生的技术措施；焊接工艺参数的确定；返修焊工的指定；焊材的牌号及规格；返修工艺编制人、批准人的签字。