试论陆地LNG模块关键节点高效焊接工艺及质量控制

试论陆地LNG模块关键节点高效焊接工艺及质量控制

朱汉超，陈海涛，王恩会，赵会伟，徐光耀

海洋石油工程(青岛)有限公司

摘要：陆地LNG接收终端项目在建设过程中，普遍采取模块化的方式，并根据不同的功能进行划分，模块建造时也采取分开方式。在建造的工序中，通常可分解为立柱卷制、拉筋管卷制、组合梁施工和节点的施工。节点通常在连接部位，是结构的主要受力部位，其位置较为重要，因此需对其进行严格的质量控制，本文也将就该方面展开探究与讨论，希望能够有一定成效。

关键词：陆地LNG模块；关键节点；高效焊接；质量控制

引言

近几年来，为了提高 LNG接收站的运行效率和质量，普遍采取模块化的方式进行设计与建造，按照功能的划分，把原来复杂而分散的功能系统分解成相对独立的部分，再通过合理有效的模块间的联系，把各个部分连接在一起，组成一个功能完整的整体。节点都是采用单面焊接的方式。传统的焊接方式不仅劳动强度大、自动化程度低、稳定性差，而且容易受到人为因素的影响，难以适应现代工程建设的高效率与高质量需求。本课题以工程实际为基础，结合构件外形特点，探索高效的节点组装和焊接方法，既可节约底层焊接材料，又可提高工作效率。

一、工艺设计与特点

这种模块化结构是比较简单的，主要结构是上部和下部翼缘板和节点圆钢管。根据它的结构特点，要求为单面焊接，且坡口为 T型。以该结构为背景，结合装备的特定功能需求，着重从焊枪结构、坡口细节设计、工作方式和工艺参数等几个方面进行了深入地研究，以期获得高质量和高稳定性的焊接技术。

1、焊接坡口设计

圆管型节点的主体结构是上、下翼缘板与钢管，其上、下翼缘板通常呈五角或四方形，其上、下翼缘板的延长部分用于将复合梁连接起来。这样的构造要求钢管与上下翼缘只能是单向的，因此坡口设计为单面45度。

2、打底焊接工艺

打底工艺采用半自动金属粉芯气体保护焊，是一种采用焊丝填充金属粉，实现对焊接操作性及焊缝特征进行调节的半自动焊接工艺。与传统的手工电弧焊方法相比，焊接过程中无需频繁更换电极，焊接过程更加稳定，效率也更高。采用金属粉芯气体相保护焊接的半自动底焊工艺，能够使底部焊缝的焊缝完全融化，并使焊缝的背面成形良好，并符合美国焊接学会 D1.1规范的各项技术指标。

3、药芯气体保护焊机械化填充盖面焊接

由于焊接质量好，生产效率高，所以在焊接结束后，利用自动药芯气体保护焊接技术，将坡口填满。自动药芯气体保护焊法是利用经过改装的机械大臂，将焊枪固定在大臂上，利用控制系统对焊枪的角度、摆幅、驻留时间、振动频率等进行调节和控制，同时将环状的管节点放置在旋转轮上，使其旋转，完成全自动的1 G定位焊接，而操作人员就是操作者。利用自动药芯气体保护焊接工艺，实现焊接接头的稳定和均匀。且焊接质量优良，符合 AWS D1.1标准。

二、施工流程及操作要点

1、材料验收

（1）根据图纸及建筑材料清单，对接收到的钢板进行尺寸、规格的检验，并对其表面状况进行检查，如有严重的腐蚀现象，则不能使用。并检查钢印和牌号是否与图纸和原材料清单相符。

（2）根据图纸核对管件的直径，壁厚，长度等基本资料，对圆管圆周度进行检查，并作记号。

（3）根据设计图，检查预留的管道两端的凹槽，以防止出现凹坑、缺口等对焊接有不利影响的因素。

2、切割划线

裁切、划刻是将上、下翼缘板按规定的尺寸在钢板上进行放样，再进行裁切加工，其主要工艺和关键点如下。

（1）按照图样对板材进行划线，并且按照施工计划预留一定的余量。

（2）采用半自动裁切小车来完成裁切，在裁切时要注意裁切痕迹的传递与跟踪，并要调节裁刀的裁切速率及气流，确保裁切的刃口光滑平整，没有飞边。

（3）切割好的钢板经检测合格后，与钢管一起运往施工现场。

3、组对与定位

为了防止油漆、油脂、铁锈、污垢等对焊缝造成的不利影响，因此，组队的好坏对焊接的质量有很大的影响，因此，对坡口的处理要严格把关，保证坡口表面无毛刺、沟槽等明显的表面缺陷，在它的倒角面和外焊缝25毫米以内，用砂轮机或电动毛刷清理，以避免油漆，油脂，铁锈，污物等对焊接造成的不良影响。对钢管的上、下翼缘和接头钢管的焊缝进行打磨，要求表面光滑，清除油、锈等杂质。然后对下翼缘板、上翼缘板和圆管进行成对固定，组对时，在坡口根部留2毫米的余隙尺，以确保两片间的间隙对齐。组队安装完毕后，沿圆周方向选取4个点，用定位楔块进行加固。

4、焊接

为了获得高质量的焊缝，必须对焊接工艺的每一个环节进行严格的控制。节点焊接分两步进行，第一步是打底，第二步是灌封。由于所使用的装置及工作台不同，所以其控制点也就不同。焊接前，应编制《焊接工艺规范》，检测母材，坡口形状，确定焊接技术条件，确定焊接材料，保护气体及工艺条件。检查钢瓶内的气压，按压开关，使空气流量保持在15-25升/分。根据焊接规范，在此基础上，根据不同的钢板，选用不同的预热温度，并采用静电刷去除预热过程中出现的锈斑。由于底焊使用的是金属粉末芯气保护焊，其参数的变化范围比较小，所以在进行焊接时必须严格按规范进行。在该工艺中，圆管接头的焊接工艺是以金属粉末为芯气保护焊为基础，并以 DCEP为供电极。

为了获得好的打底焊道，除按上述建议接法外，应注意下列几个方面的问题。

（1）底焊是一种半自动化的粉芯气体保护焊接，如无特殊情况，应避免在起弧后将电弧熄灭。如由于焊接人员的体位调整引起的间断，则在再次起弧之前，应将焊缝磨光，使其光滑过渡。

（2）圆形管接头采用单侧 V型坡口进行底焊时，极易造成直边未熔合，所以在焊接过程中，要掌握好焊角，既不能过大，也不能过小，更不能使干延伸过长。在焊接时，要经常注意侧面的焊缝和根部的背面的焊缝，如发现焊缝的焊缝要立即中止校正。

（3）根焊完毕后，要注意焊接接头的熔接，用砂轮机对焊缝处的棱角、凹槽进行打磨。

（4）对焊接部位进行彻底的清理，保证焊接后的焊接质量。

做好基础和焊接工作后，采用半门吊将整个节点吊装至气保护焊部位，再将节点置于转盘上，将大臂调整至合适的焊接位置。调节焊枪的干伸度，空载1-2周，检验结点是否符合要求。由于坡口形状是单侧 V型，所以在焊接时很难实现直接焊接，通常在焊接之前要把焊枪的角调节到15°，这样才能确保对直边的焊接质量。

自动药芯气保护焊技术是对填塞帽表面进行的一种自动焊接，应严格按规范要求进行。对于首次焊接，在使用药芯气体保护焊时，可适当地减小其对工艺参数的选取。每一次焊完，应马上用砂轮机打磨，去除不理想的凸度、沟槽及夹沟，并仔细清理焊渣，避免出现夹渣。

5、检查验收

完成焊接后，首先要对焊缝进行外部检查（VT)，外观检查成后要满足美国焊接学会 D1.1标准中的有关部分的要求。其次要做尺寸检验，以防止由于焊缝的收缩和变形而导致的尺寸偏差，要达到一定的规格，如有不合格的，则要根据图纸上所述的热校正步骤来调节和校正。经尺寸检验合格后，进行 NDT测试，其测试结果必须符合工程及焊接保护条例。如果发现有问题，就必须按照相关的规程文件进行维修。

结束语

相对于传统的手工电弧焊加半自动药芯气保护焊工艺，自动化药芯气体保护焊具有半自动打底和自动充填的焊接方式，具有较高的焊接效率，可以极大地减轻工人的劳动强度，从而缩短项目的执行时间。相对于传统手工电弧焊，采用金属粉芯气保护焊接方法，在相同的焊接时间内，可节省大量的打底料。但需注意，只有每一道工序都能严格按规定进行质量控制，才能保证节点的优质。

参考文献：

[1]张帅. 浅谈高效焊接工艺研究现状[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2015(10):252-253.

[2]吴林恩,郭晓疆,肖健,由宗彬,徐晓林.不同焊接电流下气体保护药芯焊丝熔敷金属的显微组织及力学性能[J].理化检验（物理分册）,2023,59(9):1-4.

[3]刘利岗. 高效焊接工艺研究[J]. 装饰装修天地,2016(12):472-472.