Процесс сварки.

Возведение стенок резервуара

Высота секции стенки резервуара равна 2,5 м. Общая высота стенки составляет 20 м (т.е. восемь рядов). Давление на стенку уменьшается по мере ее высоты. Нижнее кольцо (ряд) стенки имеет толщину 32,5 мм. Толщина каждого последующего кольца уменьшается.

Толщина последнего кольца — всего 10 мм. Во время возведения стенки резервуара важно также следить за возможными деформациями. Для избежания деформаций при сварке нижних колец (рядов), выполненных из толстых листов, их кромки подготовлены для Х-образного сечения стыка.

Такое сечение снижает объем наплавленного металла в стыке и позволяет производить сбалансированную сварку. Торцы листов всех колец из листов с толщиной 15 мм менее подготовлены для стыка V-образного сечения с углом 45 °, поскольку стык Х-образного сечения для такой толщины листов нецелесообразен.

Такой угол стыка также уменьшает объем наплавленного металла, что еще больше снижает риск деформации. Сборка стенки резервуара начинается с установки и прихватки по горизонтальным стыкам первых двух колец. Вертикальные швы прихватываются при помощи клиньев и косынок с выставлением необходимого зазора в стыке.

Все корневые швы выполнялись ММА - сваркой электродами ОК 48.00 диаметром 2,5 мм. Заполняющие и облицовочные проходы стыков выполнялись либо ММА - сваркой электродами ОК 48.00 диаметром 3 мм, либо при помощи установки Railrtac FWR1000 проволокой OK Tubrod 15.14A диаметром 1,2 мм.

Для сварки вертикальных стыков наиболее выгодной была бы автоматизированная МИГ/МАГ- сварка порошковой проволокой, но поставка листов стенки резервуаров осуществлялась с запозданием и для выполнения графика строительства пришлось применять ММА - сварку.

Во всех случаях, однако, наружные швы выполнялись МИГ/МАГ - сваркой порошковой проволокой, поскольку швы имели отличный внешний вид благодаря автоматизированной сварке с поперечными колебаниями электрода.

Из-за требований ASME выполнять сварку с амплитудой колебаний, равной максимум трем диаметрам проволоки, облицовочные проходы не перекрывали друг друга. Это вызывало также нарекания заказчика, связанные с трудностями последующей окраски швов с канавками между облицовочными проходами или с наплывами.

Эти претензии относятся, в первую очередь, к ММА - сварке электродами ОК 48.00 (Е7018), поскольку сварщику трудно обеспечить гладкую поверхность шва из-за ограничения величины амплитуды колебаний электрода. В это время компания KHI не имела инженера по сварке, который помог бы им решить эту задачу.

Именно в это время автор этой статьи, появился на стройке и его первым решением было допустить колебания необходимой амплитуды для получения гладкой поверхности облицовочных швов, что полностью удовлетворяло заказчика.

Часто клиенты отклоняют рекомендации специалистов ЭСАБ, поскольку они расходятся с теми едиными правилами. Однако в большинстве случаев используется пункт исключения из правил при условии, «если это согласовано с заказчиком», позволяющим внести требуемые изменения.

При применении ММА - сварки для внутреннего шва и МИГ/МАГ - сварки порошковой проволокой для наружного шва имели место некоторые проблемы, связанные с ремонтами внутреннего шва. Большое тепловложение ММА - сварки плюс любая воздушно-дуговая строжка могут вызвать выпучивание стыка, приводящее к смещению этой секции относительно правильного положения верхнего ряда.

Однажды такое явление случилось, что нарушило требования к геометрии конструкции и привело к трудности сварки кольцевого шва с расположенным выше кольцом. Необходимо было исправлять это положение. Накопленный опыт персонала KHI позволил решить эту проблему: наружный шов был удален и сварен вновь. Стык встал на место, и это является классическим примером положительного использования деформации.

Следующим шагом была сварка всех вертикальных стыков следующего кольца. Внутренние швы по-прежнему сваривались ММА - сваркой, а наружные — МИГ/МАГ - сваркой порошковой проволокой.

Однако были приняты меры для предупреждения повторения вышеописанной ситуации: излишняя деформация при ММА - сварке была предотвращена креплением листов кольца с внутренней стороны к стальным канатам-растяжкам, закрепляемым на ручных лебедках.

Канаты закреплялись к листам прочными проушинами, приваренными к внутренним швам листов. Дефекты автоматизированной сварки порошковой проволокой OK Tubrod 15.14A случались исключительно редко. Теперь можно было приступать к сварке первого кольцевого шва с помощью ESAB А2 Circotech. Операторы установки прошли обучение в Даммаме, а сварочный метод был предварительно сертифицирован, что не вызвало никаких проблем.

Практика показывает, однако, что при проведении сварочных работ могут случиться непредвиденные трудности. Поскольку длина окружности резервуара 282 м, то одна установка при средней скорости сварки выполняет сварку одного прохода за восемь часов, а две — за четыре часа. Любые решения, направленные на уменьшение количества сварочных проходов, увеличивали бы производительность сварки.

Руководство настаивало на принятии таких решений. Предварительная подготовка кромок листов толщиной 32,5 мм предусматривала пять сварочных проходов. Увеличение сварочного тока до максимально допустимой величины позволило сваривать стык в четыре прохода. Коэффициент наплавки контролировался скоростью сварки, углом наклона сварочной головки и, в меньшей степени, величиной напряжения, которое удерживалось на возможно низком уровне.

Особенно важно при корневом проходе достигнуть максимального проплавления при ширине корневого прохода 3 мм и уменьшить глубину выборки с внутренней стороны. Для последующих заполняющих проходов контроль напряжения необходим для правильного положения прохода и предотвращения дефектов, связанных с несплавлением.

Требования к резервуарам допускают отклонение от прямолинейности боковой поверхности не более чем на 5 мм. Точки измерения располагаются на расстоянии одного метра по обеим сторонам стыка. Между этими точками помещают прямолинейную жесткую планку длиной 2 м. Зазор в любом месте между планкой и поверхностью стенки не должен превышать 5 мм.

После строжки внутренней стороны стыка для сварки может потребоваться большее количество расплавленного металла, что увеличивает риск деформации. Помня об этом, облицовочный проход наружной стороны стыка выполняют только после сварки внутреннего шва стыка, чем исправляют небольшую деформацию, которая может возникнуть при сварке внутреннего шва.

Качество сварки под флюсом зависит от качества подготовки. Сварка корневого шва снаружи обеспечивает отличный внешний вид и самоудаление шлака. Сварка корневого шва с внутренней стороны стыка влечет к последующей строжке и шлифовке из-за неравномерности сварки.

В этом сварочном положении сила тяжести не помогает формированию шва. Строжка поэтому должна быть сведена к минимуму и быть как можно более равномерной. При сварке под флюсом с помощью установки А2 Circotech случаи возникновения дефектов сварки исключительно редки.

Если они случаются, то они связаны только с ошибкой оператора в установке сварочных параметров или наладке. При правильной установке всех сварочных параметров, включая угол наклона сварочной головки, достигается отличный внешний вид шва и плоский его профиль, не зависящий от количества облицовочных проходов. Это особенно справедливо при применении такого универсального флюса, как OK Flux 10.71.

Крыша резервуара

После выполнения необходимых работ по разводке трубопроводов возведение крыши является последним этапом сварки. Необходимо выполнить значительный объем сварки листов крыши толщиной 4,5 мм. Все сварочные швы - нахлесточные, но выполняемые с обеих сторон крыши.

Крыша имеет подъем в сторону ее центра (10°) и поддерживается каркасом, опирающимся на трубчатые колоны.Учитывая большие перепады температур, коэффициент линейного расширения металла и размеры крыши, она не приваривается к корпусу резервуара. Кольцо в форме усеченного конуса, приваренное к наружной кромке крыши, делает ее похожей на крышку с буртиком для круглой банки.

Буртик, однако, не касается корпуса резервуара, позволяя крыши изменять размер. Малая толщина листов крыши (всего 4,5 мм) позволяет выбрать высокопроизводительный процесс сварки с малым сечением шва. В отличие от нагруженных швов основных конструкций резервуара, сварные швы крыши должны обеспечить защиту от проникновения в резервуар частиц песка и пыли.

Швы с небольшим коэффициентом наплавки обеспечивают высокую скорость сварки и снижают деформацию.Для сварки таких швов можно применить практически только ММА - сварку или МИГ/МАГ - сварку сплошной проволокой. Из-за легкости и универсальности применения, особенно при сварке внутренних швов листов крыши, была выбрана ММА - сварка.

Применялись электроды ОК 46.00 диаметром 3 мм (Е6013), позволяющие вести сварку потолочных и швов и точечную сварку. Кроме того, этот электрод легко зажигается. Конструкция опор трубчатых опорных колонн интересна тем, что она позволяет им ограниченно перемещаться.

Листы из коррозионно-прочной стали (316L), приваренные в подошве опор, опираются на листы несколько большего размера, приваренных к настилу днища, образуя опору скольжения. Эти ограниченные перемещения необходимы для компенсации удлинения и сжатия металлоконструкции крыши.

Другое оборудование и процессы

ЭСАБ может поставить сварочное оборудование и технологии, которые обеспечивают высокую производительность возведения резервуаров, учитывая количество резервуаров и дополнительные капиталовложения.

Сварка под флюсом

Установка ESAB A2 Circotech может поставляться для одновременной двусторонней сварки одной или двумя проволоками кольцевых горизонтальных швов. Первая опережающая сварочная головка отстоит от второй на расстоянии около 50 мм.

Таким образом, оператор второй сварочной головки может судить о величине проплавления, производимой первой головкой, по цвету теплового пятна. Тусклый красный цвет указывает на недостаточное проплавление, а желтый - на достаточное.

Эффект предварительного подогрева, производимый первой головкой, помогает хорошему проплавлению при сварке второй головкой.Расположение сварочных головок на некотором расстоянии друг от друга позволяет легко удаляться газам, выделяющимся при сварке первой головкой.

Если бы головки располагались рядом, газ мог бы блокироваться между двумя ваннами расплава, вызывая поверхностную пористость. Основным же достоинством процесса является высокая производительность, поскольку отпадает необходимость в трудоемкой и длительной операции строжки внутреннего стыка.

Процесс электрогазовой сварки

Установка электрогазовой ESAB Vertotech позволяет сваривать все вертикальные стыки листов толщиной до 35 мм в один проход. Этот процесс напоминает процесс непрерывного литья, поскольку шов образуется между двумя водоохлаждаемыми медными блоками, которые перемещаются вверх по стыку вместе с ванной расплава, удерживая ее до момента затвердевания.

Окисление ванны расплава предотвращается защитным газом СО2 или смесью СО2 с аргоном. В установке применяются специально разработанные порошковые проволоки. При толщине свариваемых листов более 20 мм для хорошего проплавления боковых поверхностей стыка необходимы колебания электрода.

Для этой цели установка оборудована моторизованным суппортом. Все параметры колебаний (амплитуда, скорость и время выдержки) могут предварительно вводиться в блок управления установки. Коэффициент наплавки может достигать 12 кг/час, а скорость сварки измеряется метрами в час. Стык 15 мм листов (см. таблицу «Сравнение производительности») может быть сварен за 25 минут при токе всего 450 А.

Заключение

Контракты на строительство таких парков резервуаров встречаются нечасто. Строительные компании с опытом и необходимым оборудованием могут длительное время не иметь заказов, если они не заняты выполнением других видов строительства, как компания KHI.

Распространено мнение, что капиталовложения для достижения максимальной производительности при максимальной гибкости неоправданны. В отличие от специализированной установки А2 Circotec, установки А2 Minirtac, Railtrac и LAW 520 W МИГ/МАГ полуавтоматы полностью универсального применения.

Более того, перечисленное высокопроизводительное оборудование сводит к минимуму риск появления дефектов сварки и, соответственно, ремонты сварки. Благодаря малому количеству обслуживающего персонала невысокой квалификации это оборудование окупает себя еще во время действия контракта.

Благодарности

Автор хотел бы выразить благодарность за разрешение публикации статьи г-ну Али Аль-Хадари (АН А1-Khadari) а также за помощь в написании этой статьи г-ну С. Расулу (S. Rasool), техническому и коммерческому менеджеру, г-ну С. Чемберлену (С. Chamberlain), руководителю строительства и г-ну С.В.Агилану (C.V.Agilan), инженеру строительства.