焊接
方案
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1. 工程
内容
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中国石化股份有限公司齐鲁分公司烯烃厂球罐项目为1台 2500m3球罐现场组装、焊接、整体热处理、水压试验、气密试验、梯子平台制作安装等。本球罐由大连金鼎石油化工机器有限公司设计、制造,由我公司现场组装、焊接。球罐容积2500m3,总重404652公斤。
2. 工程施工特点
本工程项目专业性比较强,施工时应合理组织、精心安排。使工程保质、保量、安全、按期完工。球罐壁厚 50 毫米,焊接工作量大,施工工期要求短,焊接质量和球罐整体热处理的控制是本工程的重要环节。
3. 编制依据
《压力容器安全技术监察
规程
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》
GB150-1998《钢制压力容器》
GB12337-1998《钢制球形储罐》
2500 m3球罐设计图纸及安装技术条件
GB50094-98《球形储罐施工及验收规范》
JFE-HITEN610U2L钢制2500m3乙烯球罐现场组焊技术条件》
《球罐施工工艺标准》
JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》
JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》
4. 焊接管理:
球罐安装的质量关键是焊接质量,整个施焊阶段必须抓好以下几项工作:焊工、焊条管理、焊接工艺管理、焊接环境管理、缺陷返修管理。
4.1.焊工管理
焊工资格:
1.必须持在有效期限内合格项目相应位置的锅炉压力容器焊工合格证。
2.焊工资质在正式施焊前应向当地技术监督局和监理单位报批。选择掌握大型球罐焊接工艺有经验的优秀焊工从事球罐焊接工作。
3.焊工需参加现场
培训
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、考试合格后方可上岗。
4.2.焊条管理
4.2.1. 焊接材料选用LB-65L高韧性超低氢型焊条,规格选用φ4.0mm。
4.2.2.焊条使用前应逐包抽查,抽查药皮是否脱落,钢芯是否生锈,并按批号对焊条进行下列复验,入库前应有质量证明书,抽查应作好
记录
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。
a) 焊条熔敷金属的化学成分及力学性能(焊接状态)按GB/T5118的规定进行复验,复验结果应分别符合表1及表2的规定:
b) 焊条熔敷金属扩散氢含量([H])的测定按GB/T3965规定,用甘油法进行测定,以[H] ≤1.5ml/100g为合格。
表1 LB-65L焊条熔敷金属的化学成分的技术要求 (%)
C
Si
Mn
P
S
Ni
Mo
其它合金
元素总量
≤0.10
≤0.80
≤1.35
≤0.015
≤0.010
2.00~2.75
0.05~0.35
≤1.5
表2 LB-65L焊条熔敷金属力学性能的技术要求
拉伸试验
冲击试验
试样状态
Rm
MPa
Rel
MPa
A
%
试验温度
AKV (J)
焊后经570±150C×2hr焊后热处理
平均值
单个最小值
610~730
≥490
≥20
-50℃
≥60
≥42
b) 焊条熔敷金属扩散氢含量([H])的测定按GB/T3965规定,用甘油法进行测定,以[H] ≤1.5ml/100g为合格或按气相色普法测定,以[H] ≤5.0ml/100g为合格。
4.2.3.焊条使用应按技术要求进行400℃烘焙1小时,烘干后的焊条移入100-150℃的恒温箱中备用。
4.2.4.焊工应使用保温筒,每次取用不超过50根,随用随取,并应在4小时内用完,否则应重新烘干,作好焊条发放、回收记录。
4.2.5.剩余焊条可重新烘焙,但烘焙的次数不超过两次,并不准和初次烘焙的焊条混放在一起。
4.2.6.焊条的干燥和发放、保管设专人负责,并作好记录。
4.3.焊接环境
4.3.1.当施焊环境出现下列情况且无有效防护措施时,禁止焊接:
1 雨天或雪天;
2 风速超过8米/秒;
3 相对湿度在85%以上;
4 焊接环境温度在-5℃及以下。
4.3.2.焊接环境的温度和湿度应在距罐壁表面500~1000mm处测量。
环境温度和相对湿度采用干湿球温度计进行测量。
4.4.焊接工艺管理
按设计单位提供制造安装、验收技术条件及JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》的要求做焊接工艺评定。据此编制焊接作业指导书。要考虑到焊接变形及残余应力,选择合理焊接工艺
4.4.1.预热、后热及层间温度
4.4.1.1.预热、后热及层间温度的保持由液化气火焰加热器来完成。
4.4.1.2.球罐焊接时预热温度不小于100℃
球罐焊接时层间温度为100℃-180℃
4.4.1.3.后热消氢处理温度为200-250℃,保温1小时。
球罐上所有工夹具等附件在焊接时,均应与球壳焊缝使用相同的焊接材料及焊接工艺进行焊接,定位长度应不小于50mm。引弧点和熄弧点应在坡口内;工卡具的焊接、引弧点和熄弧点应在工卡具焊道上,严禁在非焊接位置任意引弧和熄弧。工卡具拆除时,不得损伤球壳板,并应打磨平滑后进行磁粉或渗透检测,确保无裂纹等缺陷。
4.4.1.4. 每条焊缝预热为焊缝中心两侧,宽度不少于150mm。预热温度的测量按GB/T18591的规定进行,在坡口边缘不超过50mm的距离处对称测量,每条焊缝测温点不得少于3对,测温采用远红外线测温仪。
4.4.1.5.当气温较低时,可适当提高预热温度,扩大预热宽度,延长预热时
间,以降低冷却速度。
4.4.1.6.预热、后热用液化石油气加热,由专人负责。
4.4.2.焊接工艺要求
4.4.2.1.点焊工艺与正式焊接工艺一样。点固焊长度80~100mm,高度8~10mm,间距250~300mm,点固焊应在小坡口侧,所有T、Y字接头三个方向均应进行定位焊,正式焊接时必须清除定位焊焊道,以防止缺陷存在。
4.4.2.2.焊接工艺规程
4.4.2.2.1.球罐焊接采用对称等速施焊,先焊纵缝,后焊环缝,先焊外侧,后焊内侧,每天作好焊接记录。
具体焊接顺序如下:
上下小环缝
4.4.2.2.2.焊接线能量
焊接线能量具体由焊接工艺评定确定,按现场组焊技术条件(JBM0801-01-JT-02)规定应严格控制焊接线能量不超过35KJ/cm。不同位置下焊接线能量要求见下表:表4.4.2。施焊时,应采用窄焊道、薄层多层焊,每一焊道宽度不大于焊芯直径的4 倍,每一层焊道的厚度不超过3.5 mm。
焊接线能量计算公式为:
60I(电流A)U(电压V)
焊接线能量= =(J/CM)
V(焊接速度cm/min)
表4.4.2 各种位置下的焊接线能量
焊接位置
平焊
立焊
横焊
仰焊
焊接线能量KJ/cm
12~35
12~35
12~30
12~35
4.4.2.2.3.焊接
焊道始端应采用后退起弧法,终端应将弧坑填满,层间接头应错开50mm以上,每一层焊道焊完后,应将焊渣清除干净,并采用砂轮将焊瘤打磨至与焊层齐平后,方可进行下层焊道的焊接。
球罐焊接的具体焊接位置分为三种,即横焊、立焊、平+仰焊,并且每种要求回火焊道。各种焊接的工艺要如下:
a.横焊:焊接方法采用手工电弧焊,电流种类为直流电源,焊条接正极,不摆动焊接,焊接方向为从左到右。根据球板内外坡口的深度不同及每层焊肉的要求高度, 2500m3球罐(壁厚为50mm)所焊的焊接层数内坡口为4层;外坡口为8层。见下表:
名称
层数
坡口
形式
焊条直径
(mm)
焊接电压
(V)
焊接电流
(A)
焊接速度(cm/min)
线能量
(KJ/cm)
1
外坡口
4.0
25~27
160-165
6.7~8
30~40
2-3
4.0
25~27
165-175
8.5~14.5
17~33
4-8
4.0
25~27
170-180
7~23
11~41
9
内坡口
4.0
25~27
165-175
9~11
22~31
10-12
4.0
25~27
165-175
10~28
9~28
b.立焊:焊接方法采用手工电弧焊,电流种类为直流电源,焊条接正极,适度摆动焊接,极性为反接,焊接方向为从下到上。根据球板内外坡口的深度不同及每层焊肉的要求高度,所焊的焊接层数内坡口为5层;外坡口为8层。纵缝焊接时,第一层和第二层焊道应采用分段退步焊法。见下表:
名称
层数
坡口形式
焊条直径
(mm)
焊接电压
(V)
焊接电流
(A)
焊接速度
(cm/min)
线能量
(KJ/cm)
1
外坡口
4.0
24~26
130-140
4.2~6
31~52
2
4.0
25~27
140-150
4~6
35~60
3
4.0
25~27
145-155
6.7~8
27~37
4
4.0
25~27
145-155
5.6~7
31~45
5
4.0
25~27
145-155
6.2~8.8
25~40
6-7
4.0
25~27
145-155
6~8
27~41
8
内坡口
4.0
25~27
140-150
5.1~7
30~47
9
4.0
25~27
145-155
6.8-8
32~37
10
4.0
25~27
145-155
12~14
16~21
11
4.0
25~27
140-150
12~14
15~20
c.平+仰焊:焊接方法采用手工电弧焊,电流种类为直流电源,焊条接正极,摆动焊接,极性为反接。根据球板内外坡口的深度不同及每层焊肉的要求高度,所焊的焊接层数内坡口为4层;外坡口为9层。见下表:
名称
层数
坡口
形式
焊条直径
(mm)
焊接电压
(V)
焊接电流
(A)
焊接速度(cm/min)
线能量
(KJ/cm)
1
外坡口
4.0
25~27
150-160
5~7
32~52
2
4.0
24~26
150-160
6~8
27~42
3
4.0
25~27
150-160
8~10
23~33
4
4.0
25~27
160-170
7.5~9.5
25~37
5
4.0
25~27
160-170
8.5~10
24~33
6
4.0
25~27
160-170
8.5~10.5
23~33
7-8
4.0
25~27
160-170
8.5~11
22~33
9
4.0
24~26
160-170
8.5~12
19~31
10
内坡口
4.0
25~27
175-185
13.5~15
18~22
11
4.0
25~27
175-185
11~13
20~27
12
4.0
25~27
175-185
20~23
11~15
13
4.0
25~27
175-185
15~17
15~20
单侧焊接后应进行背面清根。用碳弧气刨清根后,用砂轮修整刨坑,磨除渗碳层,使其呈U型,槽底半径应大于5mm,并进行100%渗透探伤。焊缝清根时,应将定位焊的熔敷金属除掉,清根后的坡口宽窄应一致。渗透探伤合格后方可施焊,焊缝交叉部位,应先将纵缝焊到环缝坡口内,然后将环缝坡口内的焊肉打磨干净,以除去焊缝终端缺陷,焊环缝时,不应在交叉部位引弧或收弧。
焊道因故中断焊接时,应根据工艺要求,采取后热消氢处理,以防止产生裂纹。再施焊前,还应将原焊道的弧坑部分打磨掉,确认无裂纹后,方可按原工艺要求继续焊接。
4.4.3.焊缝返修工艺
缺陷定位 气刨 打磨 PT 补焊 RT
4.4.3.1.球壳板壳面和工卡具焊道上的裂纹、刮伤和电弧损伤等表面缺陷,必须用砂轮清除,修磨后实际板厚应大于最小设计厚度。
4.4.3.2.对焊缝表面缺陷进行补焊时,焊缝长度应大于50mm。
4.4.3.3. 当发现不允许存在的缺陷时,应在查清缺陷产生的原因后采用砂轮打磨或碳弧气刨将缺陷消除。如用碳弧气刨时,须用砂轮打磨清除其渗碳层,清除后应经渗透检测确认缺陷消除干净。然后按原焊接工艺进行焊缝返修。对返修部位应按对球罐该部位原无损检测的方法进行重新检查,直至合格。4.4.3.4.对焊缝内部缺陷返修时,应进行预热,预热温度与焊接时相同,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,进行返修。
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