储油罐单面焊自动焊接技术的研究

摘要

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，能源消耗急剧增长，石油和成品油的需求剧增，增加原油储备迫在眉睫。传统储油罐建造主要采用手工电弧焊，其生产效率低，焊接质量难以保证，因此开发适合于储油罐实际工况的高效自动焊接技术具有重要意义。
　　 本文简要介绍了储油罐焊接技术的发展现状以及单面焊双面成形工艺原理，根据储油罐建造的实际工况和自动焊接工艺与技术要求，对焊机、送丝装置、焊枪、自动焊车等设备进行了系统研究。通过对该系统进行适用性试验和合理集成，形成了适用于金属油罐MAG自动焊接的新型设备系统，并采用该系统进行了横焊、立焊的工艺试验。
　　 试板的制作装配在接近实际工况时，采用多层多道焊，研究不同衬垫槽型尺寸、焊接层数、坡口角度形式、间隙宽度、衬垫材料、保护气体的混合比例对焊接质量的影响。横焊采用10mm和8mm不等厚的板对接、纵焊缝采用10mm和10mm的等厚板对接焊，横焊2层3道焊，纵焊2层2道焊，V型坡口，坡口角度为50℃，装配间隙均为5±1mm时，保护气体Ar：CO2比例为1：1时可获得理想的焊缝成形，对实际储油罐的建造具有很好的指导意义。
　　 本文研究了影响单面焊双面成形自动焊接的焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊枪角度控制等关键技术。纵焊缝底层焊道采用立向下焊，可以在大电流下进行高速焊接，效率提高近2倍，焊接电流在120～140A，电压在18-19V范围内保持焊枪的摆动频率为80-90次/分，摆动幅度应离边缘1mm左右可获得理想的焊接效果；横焊缝采用2层3道焊，焊接电流在140～160A范围内，打底焊电压与立焊相同，盖面焊时，由于电流提高，电压取20～23V。首次突破了横向焊缝和纵向焊缝立向下单面焊双面成形焊接难题，实现了中薄壁板金属油罐自动焊接。
　　 通过工艺评定试验和组织分析，结果表明焊缝组织主要由铁素体和少量珠光体组成，力学性能符合JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》，可用于实际生产。
　　 最后通过现场焊接试验进一步验证了MAG单面焊双面成形自动焊接系统，可取代金属油罐传统的焊条电弧焊，其工艺性能完全满足施工要求，可提高焊接工效3～5倍，明显缩短焊接工期，焊缝质量全部达到Ⅱ级以上，由此可见采用MAG单面焊双面成形自动焊接系统具有明显的社会经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 储油罐焊接技术的发展与研究现状

1.1.1 储油罐的分类及装配方法

1.1.2 储罐建造常用的焊接方法

1.1.3 气体保护焊技术在油罐焊接中的应用及发展现状

1.1.4 单面焊双面成形工艺的研究及其在储罐建造中的发展应用

1.2 本课题研究的背景及实际意义

1.3 本课题研究的目标及主要内容

第二章 强制成型单面焊接工艺及设备研究

2.1 强制成型单面焊技术原理

2.1.1 常用衬垫及分类

2.1.2 柔性陶质衬垫的结构及特点

2.1.3 衬垫材料选择

2.1.4 陶质衬垫结构选型试验

2.1.5 陶质衬垫焊接工艺要求

2.2 MAG自动焊接系统设备配套选型研究

2.2.1 自动焊接系统组成与工作原理图

2.2.2 焊接电源选型

2.2.3 送丝机选型

2.2.4 焊枪选型

2.2.5 焊接小车选型

2.2.6 导轨选型

2.2.7 其他设备选型

2.2.8 选型结果及分析

2.3 试验材料及试板规格

2.4 本章小结

第三章 MAG单面自动焊试验及结果分析

3.1 立焊位置焊接试验

3.1.1 焊接参数试验

3.1.2 试验结果及分析

3.1.3 立向下焊接

3.2 横焊位置焊接试验

3.2.1 焊接层数/道数的选择及分析

3.2.2 焊接参数试验

3.3 焊接参数对焊缝成型的影响及分析

3.3.1 焊接电流

3.3.2 电弧电压

3.3.3 焊接速度

3.3.4 焊丝伸出长度

3.3.5 焊枪的角度、摆动频率、摆幅及停留时间

3.3.6 焊丝直径

3.3.7 保护气体的成分、比例和流量

3.3.8 坡口及间隙

3.4 本章小结

第四章 焊接接头性能试验及结果分析

4.1 力学性能试验

4.2 接头的宏观结构

4.2.1 纵焊焊缝的接头宏观结构图

4.2.2 横焊缝的接头宏观结构图

4.3 各区域微观组织及分析

4.3.1 焊缝组织

4.3.2 焊接热影响区的组织

4.4 硬度试验

4.5 残余应力测试

4.5.1 X射线应力测试原理

4.5.2 主要参数

4.5.3 测试试样前处理

4.5.4 测量位置及方法

4.5.5 X射线测试结果及分析

4.6 本章小结

第五章 现场焊接试验、检测及工艺评定

5.1 引言

5.2 现场焊接装配

5.2.1 油罐罐壁的结构特点及装焊

5.2.2 焊接设备及工装

5.2.3 “丁”字部位的焊接

5.2.4 自动焊接时，焊接变形的控制

5.3 焊接试验及工艺评定

5.3.1 试验方法和材料

5.3.2 试验参数及结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢