鋁鎂合金料倉施工工法

鋁鎂合金料倉安裝施工工法河北華北石油工程建設有限企業(yè)李學杰 陳濤 蒙林 王鶴里 趙檀0序言鋁鎂合金具有比重小、耐腐蝕性好、導電性及導熱性高等特性，廣泛應用于航空、電子、石油化工及機械制造等領域。近年來，伴隨國內(nèi)越來越多的大型乙烯裝置的不停興建，大量的鋁鎂合金料倉廣泛應用于這些裝置，以儲存聚乙烯及聚丙烯成品粒料。怎樣優(yōu)質(zhì)、高效地完畢鋁鎂合金料倉的預制、安裝施工是眾多石油化工建設單位的一種重要課題。我企業(yè)在工程實踐中總結了鋁鎂合金料倉施工工法，通過華北石化、燕山石化、大慶煉化、大連石化等多套聚丙烯裝置的施工中的應用，該項工法得到了充足驗證，并不停完善和發(fā)展，已日趨成熟。1工法特點1.1運用繪圖軟件對鋁鎂合金料倉進行排版放樣，不僅可以做到下料精確，還以對下料進行最大程度的優(yōu)化，到達節(jié)省材料和成本的目的。1.2采用雙面同步熔化極氬弧焊和鎢極氬弧焊焊接技術，該技術可賠償鋁鎂合金焊接過程的熱損失，焊接應力小，同步減少了鋁鎂合金在焊接過程中產(chǎn)生氣孔、裂紋、未焊透、燒穿等缺陷的機率。1.3半自動焊接技術的大量應用，從很大程度上提高了工效、縮短了工期，提高了焊接質(zhì)量。1.4在進行料倉的現(xiàn)場組焊及吊裝施工時，分為下錐部及筒體（包括倉頂、風送管道及支架）兩部份吊裝，這樣不僅減少了現(xiàn)場組焊工作、大型吊車的使用及腳手架的搭設費用，并且為施工安全和優(yōu)質(zhì)提供了保障。2合用范圍本工法合用于石油化工聚丙烯裝置及乙烯裝置的鋁鎂合金料倉施工。3工藝原理3.1運用繪圖軟件排版放樣一般狀況下，業(yè)主、制造廠或施工單位在接到施工圖紙后，按圖紙所提供的材料規(guī)格進行材料采購，制造廠或施工單位根據(jù)所獲得材料規(guī)格進行排版、放樣及下料，這所有的工作都是在既定的條件下來完畢的，設計圖樣沒有根據(jù)市場板材料規(guī)格進行優(yōu)化，將導致大量的材料揮霍，并且導致部分料倉的開孔位置與現(xiàn)場實際狀況沖突?；谝陨显?，我單位在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)了某些特殊功能，用于鋁鎂合金料倉（也可以用于其他容器設備）的排版及板材放樣，該措施具有諸多的長處：=1\*GB3①、可以優(yōu)化設計圖樣；=2\*GB3②、可以根據(jù)市場上的板材規(guī)格，合理分布料倉不等厚壁立板分界位置，并將排版與市場狀況結合起來，從很大程度上節(jié)省材料費用；=3\*GB3③、合理布置焊道，能對料倉上的接管、梯子平臺以及風送系統(tǒng)管道支架等的方向和位置進行檢查確認，保證它們互相間、與外部環(huán)境間沒有沖突，有效減少了設計變更，并利于現(xiàn)場施工作業(yè)，保證了施工質(zhì)量。3.2組焊及安裝倉底及底圈壁板、倉頂與上段筒體分段組焊成型，焊接采用雙面同步熔化極氬弧焊和鎢極氬弧焊焊接。鎢極氫弧焊焊接時熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫金屬致密，焊接接頭的強度和塑性較高，接頭質(zhì)量較優(yōu)；熔化極氫弧焊以焊絲為電極，可使用比鎢極氫弧焊大得多的電流；因而電弧功率大，熱量集中，焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接效率高，焊縫質(zhì)量優(yōu)良，可實現(xiàn)自動焊或半自動焊。鋁鎂合金料倉可按規(guī)格及重量狀況，一般采用整體或分段吊裝就位，對于大型鋁鎂合金料倉一般采用分段吊裝就位的方案，怎樣合理分段，這直接關系到施工單位的技術能力和施工成本。我們通過縝密的研究，最終確定將料倉分為兩段比較合理，分段位置在裙座以上的第一種平臺位置，這樣分段有如下長處：=1\*GB3①、可以有效地控制因鋁鎂合金材質(zhì)軟而形成的變形，減少組對施工難度；=2\*GB3②、可以減少腳手架搭設工作，減少高空作業(yè)；=3\*GB3③、能減少大型吊車使用時間，加緊施工進度，減少施工成本。4工藝流程及施工要點4.1施工工藝流程施工準備施工準備材料到貨檢查排板下料分片分瓣預制分段檢查驗收尺寸弧度復驗編號標識包裝半成品胎架運送分段組裝焊接焊縫煤油試漏焊縫打磨基礎復驗倉底吊裝找正筒體吊裝組焊焊縫檢查打磨摻混料倉氣密整體檢查驗收圖4.1-1鋁鎂合金料倉安裝施工工藝流程圖4.2施工要點4.2.1施工準備=1\*GB2⑴組裝平臺鋪設在施工前要準備鋪設一種預制平臺，規(guī)定平臺水平度<3mm/m。平臺上應鋪設厚度為6mm的橡膠皮，以保證鋁合金板面的光潔，防止磕碰和劃傷。=2\*GB2⑵組裝用胎具制作粒料儲倉組裝需要制作如下胎具：①倉頂、倉底組裝支架、環(huán)梁。②筒體組對內(nèi)脹圈，鋼制加減絲。③運送、寄存用胎架。④鋁合金定位板、墊板。=3\*GB2⑶優(yōu)化料倉設計圖樣。=4\*GB2⑷按照現(xiàn)場實際狀況編制詳盡的施工方案。=5\*GB2⑸審查焊工資質(zhì)，組織焊工培訓考試。4.2.2排板下料將鋁鎂合金料倉的各個部分分解畫圖，直接在電腦上放樣，然后按電腦放樣尺寸下料。4.2.3分片、分瓣預制下料采用機械措施和等離子切割機進行，刨邊機坡口，筒體分片輥制成型，錐段分瓣滾制成型。=1\*GB2⑴筒體及倉裙壁板采用凈料下料，刨邊機坡口，滾板機滾壓前對板端進行預彎，滾壓后的壁板按排版圖編號標識后放在胎架上運送到現(xiàn)場。寄存時必須在板與板間、板與胎架間放置膠皮，防止板面損傷。=2\*GB2⑵倉底板和倉頂板采用等離子切割下料，排版時預留加工余量和焊縫收縮量。用滾板機分瓣滾壓成型。滾壓成型的倉底版、倉頂板用樣板查對尺寸后采用等離子切割坡口。然后進行預組對，檢查合格后編號，用胎架運送到現(xiàn)場。4.2.4組裝施工1倉頂及筒體施工先在平臺上放樣，安裝定位板及內(nèi)脹圈、倉頂組裝環(huán)梁支架，然后將與倉頂連接的筒體組對一節(jié)，安裝包邊角鋁或加強環(huán)后，在環(huán)梁支架上安裝組對倉頂，各瓣片安裝時先將加強槽鋁焊好，組對時先將各瓣片點焊，組對完畢后采用縱縫隔縫對稱間斷退步焊的措施焊接，以減少焊接變形。焊后進行煤油試漏，合格后將焊道打磨光滑。然后在平臺上組對第二節(jié)筒體，縱縫焊完后將焊道打磨光滑，用吊車將倉頂段吊至第二節(jié)筒體上，點焊完畢后，在距環(huán)縫50mm處安裝脹圈，賬緊漲圈后，焊接環(huán)縫，焊后，拆除脹圈。焊縫探傷或試漏檢查合格后，將焊道打磨光滑之后進行下一節(jié)筒體的組對吊裝。組裝過程見圖4.2.4-1所示。摻混料倉內(nèi)部的摻混管按圖紙規(guī)定的方位和標高隨筒體進行安裝。安裝時在筒體和倉底內(nèi)部按照圖紙規(guī)定進行劃線定位。見圖4.2.4-2、3。環(huán)梁支架環(huán)梁支架平臺⑴⑵⑶⑷圖4.2.4-1料倉倉頂與筒體組裝示意圖000090018002700330030015002100100100（200）（200）圖4.2.4-3圖4.2.4-3摻混管對接安裝詳圖圖4.2.4-2摻混管布置示意圖2倉底、倉裙段施工首先將倉底分為上下二部分，錐尖單獨組對，下錐段組對時小頭向上，先焊外面的焊縫，再組對倉裙和第一節(jié)筒體，組對完畢后，將下錐段放入筒體內(nèi)點焊后，安裝地腳環(huán)板和加強筋板并點焊固定。然后運用吊車將其上下位置顛倒，焊下錐段內(nèi)側焊縫和地腳板角縫及倉底與筒體的連接角縫。焊接完畢后再顛倒過來，安裝以組對好的上錐體。組對見圖4.2.4-4所示圖4.2.4-4圖4.2.4-4倉裙及倉底組裝示意圖⑴⑵⑶⑷⑸⑹4.2.5現(xiàn)場焊接1鋁鎂合金之間的焊接措施優(yōu)先采用雙面同步鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊。2焊前清理加工完的焊件坡口和焊接前用的焊絲，必須進行清理。清理可采用機械清理或化學清理兩種。采用機械清理時，坡口50mm范圍內(nèi)用丙酮等有機溶劑清除油污，隨即直接用直徑為0.15mm～0.2mm的不銹鋼絲刷，刷到露出金屬光澤為止。化學清理重要針對鎢極氫弧焊焊絲，采用溫度70℃，濃度5～10％的NaOH溶液清洗2～3分鐘，然后用清水沖洗；再用常溫下25～30％的HNO3溶液中和2～3分鐘；再用清水沖洗后，在室溫下晾干放入烘干箱備用。清理完的焊件和焊絲在焊接前應防止再次被污染，并在8小時內(nèi)施焊，否則應再次進行清理。3選用合理的焊接工藝根據(jù)設計提供的條件進行工藝評估試驗，合理選用焊材、坡口形式及焊接措施。1)焊接材料的選用焊接材料重要是根據(jù)焊件的化學成分、力學性能選用，同步也應考慮到焊接材料的工藝成熟性、焊接人員對焊材的熟悉程度、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境以及效益等原因。鋁鎂合金焊接材料選用重要指填充焊絲、保護氣體、鎢極等的選用。針對常見的5052材質(zhì)的鋁鎂合金，焊接材料選用如下：焊絲鋁鎂合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按容器規(guī)定應使對接接頭的抗拉強度、塑性到達規(guī)定規(guī)定，結合5052鋁鎂合金的機械性能，我們選用ER5356焊絲進行焊接。保護氣體保護氣體為氬氣，采用的氬氣純度不得不不小于99.9％。鎢極由于鈰鎢極電子逸出功低，化學穩(wěn)定性高，容許電流密度大，無放射性，是目前普遍采用的電極，因此我們選用鈰鎢極。2)坡口加工及型式坡口加工采用機械措施和等離子切割兩種措施加工坡口。機械加工可使用銑邊機或電動圓盤鋸，電圓鋸易于操作，加工精度高、速度快，坡口成形規(guī)整美觀。坡口加工后，必須除去表面的氧化層、熔渣及影響接頭質(zhì)量的表面層，并將凹凸不平處打磨平整，然后等待進行清理。坡口形式坡口形式根據(jù)設計圖紙及規(guī)范規(guī)定，同步也考慮到便于現(xiàn)場施工，采用了如下坡口形式。圖4.2.5-1為常用的坡口形式。筒體坡口形式（筒體坡口形式（14-24mm）2-3mm7507504-6mm內(nèi)側4-6mm7001504-5mm4-6mm150倉頂與筒體焊縫坡口形式5000-2mm5000-2mm圖4.2.5-1常見鋁鎂合金料倉焊接坡口形式1-2.5mm7501.5-3mm筒體坡口坡口形式6-12mm基礎環(huán)與裙座角接焊縫坡口形式基礎環(huán)與裙座角接焊縫坡口形式4焊接工藝參數(shù)通過焊接工藝試驗，選擇合適的焊接工藝參數(shù)如表4.2.5-1，選用鎢極直徑4.0mm，噴嘴直徑GTAWφ10-14mm，GMAWφ22mm。施焊焊工須是通過現(xiàn)場考試合格的持證焊工。表4.2.5-1焊接工藝參數(shù)焊接措施焊絲直徑極性焊接道數(shù)（層數(shù)）焊接電流（A）焊接速度（cm/min）氬氣流量（L/min）GTAWφ4.0交流1210-2605-1510-20φ4.0交流2210-2608-20φ4.0交流3210-2504-15GMAW＋GTAWφ1.6反接正1100-16010-2030-50／／背190-14010-2010-20φ1.6反接正2120-17015-2530-505焊縫打磨料倉內(nèi)壁在焊接完畢后應用砂輪機進行打磨，至與母材平齊，然后用布砂輪進行拋光處理，并對有污物的表面化學清洗，用布砂輪進行拋光。6焊接操作要點1)兩名焊工焊接速度規(guī)定一致，焊接參數(shù)相似，對應的焊槍在熔池里面擺動時，注意方向，否則焊縫成型不好。2)焊接時焊槍與鋁鎂合金板的夾角為70°~75°，電弧規(guī)定一直保持在熔池金屬的前方。3)焊接時焊接次序規(guī)定合理，焊縫的間隙不適宜過小?；】犹顫M和收弧時將電弧引動工件。4)焊前預熱：較薄鋁件一般不必預熱，當環(huán)境溫度低于5℃時，厚度10。m－15mm時可進行焊前預熱；根據(jù)不一樣類型的鋁合金預熱溫度可為100℃－200℃，可用氧乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。7焊接環(huán)境規(guī)定5052鋁鎂合金焊接施工環(huán)境有下列任何一種狀況時，必須采用有效措施，否則不得施焊。風速不小于1.5m/s；相對濕度不小于80％；下雨下雪；環(huán)境溫度低于5℃時；4.2.6吊裝就位1根據(jù)料倉的重量及現(xiàn)場實際狀況編制合理的吊裝施工方案。2分段組對預制完畢后，運用大型吊車進行吊裝就位，先吊裝倉底段（包括裙座），待倉底段找正固定后再吊裝筒體段，吊裝用吊耳、平衡梁等索具要嚴格按吊裝方案的規(guī)定制作和選擇。吊裝前對下段筒體進行必要的加固，運用內(nèi)脹圈在內(nèi)部脹緊。5材料與機具表5-1材料與機具設備表序號設備名稱規(guī)格型號用途1半自動薩福焊機SAFMIG480TRI熔化極及鎢極焊機2鎢極氬弧焊機PRESTOTIG300AC/DC鎢極焊機3滾板機W11-25×2500預制4剪板機Q11-30×2500下料5銑邊機XBJ-6加工坡口6刨邊機B8109A加工坡口7等離子切割機YP-100PSHGZ下料8電源鋸下料9烘干箱ZYHC-10010氬氣11鎢極焊槍12焊縫檢測尺13角向磨光機DN1506質(zhì)量控制6.1質(zhì)量原則JB/T4734《鋁制焊接容器》SH3513《石油化工鋁制料倉施工及驗收規(guī)范》6.2預制質(zhì)量控制1)倉體筒節(jié)、倉頂、倉底的拼板展開長度不不不小于500mm，寬度不不不小于300mm，錐體最小端長度除外。2)相鄰筒節(jié)縱縫距離，倉頂、倉底錐體拼縫與相鄰倉體之間距離，均不不不小于100mm3)倉頂板及倉底尺寸容許偏差見表6.2-1：表6.2-1料倉頂板及底版尺寸容許偏差表項目容許偏差高度±1.0弦長±1.0對角線之差±24)筒體、倉裙板的尺寸偏差見表6.2-2：表6.2-2料倉筒體及倉裙版尺寸容許偏差表項目容許偏差板長±1.5板寬±1.0對角線之差2直線度長邊2短邊15)鋁鎂合金板表面不得用針劃線、樣沖打眼，用易擦洗的記號筆進行標識。6)加工和預制過程中應采用措施，防止板面劃傷。必須將滾扳機的滾軸進行徹底的打磨，表面保證光滑。7)筒體及倉裙板滾前先進行預彎，并用弦長不不不小于250mm的樣板檢查弧度，其間隙不得不小于1.5mm。8)滾壓成形后的筒體、倉裙板、倉底板、倉頂板等，用弦長為1.5米的樣板檢查，間隙不不小于3mm。9)加強圈、包邊型鋁預制后放在平臺上檢查平面度，其偏差不不小于弦長的3‰，對接焊縫應打磨平整。6.3組裝質(zhì)量控制6.3.1分瓣分片到貨倉頂、倉底和筒節(jié)，組裝前應復驗弧度，凡不符合規(guī)定的應進行修整，并應防止產(chǎn)生錘痕。6.3.2裙座組裝應符合下列規(guī)定：1)底座環(huán)與倉裙的垂直度偏差不得不小于底座外徑的1/1000，且不得不小于5mm。同軸度偏差不得不小于3mm。2)裙座與筒體的同軸度偏差不得不小于5mm。6.3.3筒體的長度偏差不得不小于設計長度的2/1000，且不得不小于30mm，總長度偏差不得不小于設計長度的3/1000，且不得不小于40mm。6.3.4筒體的直線度L≤20M時，直線度≤2L/1000，且≤20mm。6.3.5摻混管應平行于倉體軸線或倉底母線，其偏差不不小于管長度的1%，且不不小于5mm。在倉底軸線上安裝的混合器，其同軸度偏差不應不小于混合器外徑的1‰，且不不小于5mm。6.4焊接質(zhì)量控制6.4.1焊縫檢查應符合SH3513-《石油化工鋁制料倉施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定。6.4.2所有焊縫進行外觀檢查，焊逢表面質(zhì)量應符合設計規(guī)定，設計無規(guī)定期執(zhí)行下列規(guī)定：6.4.3殼體內(nèi)壁焊縫規(guī)定打磨與母材齊平或拋光的料倉，其對接接頭焊縫表面質(zhì)量應符合下列規(guī)定：表面不得有裂紋、氣孔、夾渣和熔合性飛濺。咬邊深度e1≤0.5mm，長度不不小于或等于焊縫總長的10%，且不不小于100mm。外焊縫余高e≤0.1b，且不不小于3mm。內(nèi)焊縫余高2mm。不容許有表面凹陷。（b1為焊縫寬度）。6.4.4焊縫的內(nèi)部質(zhì)量檢查及合格原則應按設計規(guī)定進行。7安全措施7.1焊接前操作者對電路、設備進行檢查，檢查電路接地；設備運行與否正常。7.2焊接操作者必須穿戴工作服及防護面具，防止焊化飛濺燒傷。7.3使用角向砂輪打磨坡口時，必須佩戴面罩，以免面部受傷。7.4用電設備要有漏電保護器和裝有可靠的接地。7.5焊接工作完畢后，及時關閉設備電源，嚴禁用手觸摸焊槍，以免燙傷。7.6氬氣瓶與焊機擺放距離必須間隔3m。8環(huán)境保護措施8.1施工作業(yè)現(xiàn)場材料擺放整潔有序，并常常在作業(yè)區(qū)及施工道路上灑水，防止塵土飛揚。8.2定期檢查車輛、設備、油罐等完好狀況，以防泄漏污染環(huán)境。8.3吊車占用或通過已建場區(qū)地坪及道路時要進行鋪墊保護，以防止損壞地面。8.4施工過程中的固體廢棄物要每天回收，單獨寄存。一般工業(yè)垃圾和危險廢棄物要分開寄存，并與當?shù)丨h(huán)境保護部門聯(lián)絡處理。8.5對施工過程中車輛、空氣壓縮機、錘擊、打砂輪等設備的噪聲控制在75分貝如下。9效益分析9.1熔化極雙面氬弧焊焊接產(chǎn)生的經(jīng)濟效益9.1.1提高焊接質(zhì)量，過去單面焊接焊縫易產(chǎn)生氣孔、裂紋，由于采用雙面焊接焊縫表面沒有發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋，外觀質(zhì)量合格率到達100%。9.1.2焊縫無損檢測一次合格率提高16%，以往施工的鋁鎂合金料倉的X射線檢測檢測合格率為80%，通過采用雙面同步熔化極氬弧焊接和鎢極氬弧焊接焊接，檢測合格率為96%，雙面同步熔化極氬弧焊接和鎢極氬弧焊接在華北石化6萬噸/年聚丙烯改造工程4臺400m3鋁鎂合金料倉，制造中焊接外觀檢查根據(jù)SH3513-《石油化工鋁制料倉施工及驗收規(guī)范》施工原則檢查外觀合格率100%，焊縫無損檢測射線探傷為焊縫長度1%，總計焊縫8.3m，拍片42張，一次合格40張，合格率為96%。大慶煉化的500m3鋁鎂合金料倉2臺，制造安裝焊接外觀檢查合格率100%，焊縫無損檢測超聲波為焊縫長度15%，總計焊縫12.5m，一次合格率為100%。大連石化的600m3鋁鎂合金料倉2臺，制造安裝焊接外觀檢查合格率100%，焊縫無損檢測超聲波為焊縫長度15%，總計焊縫15m，