摘要：焊接是球罐安装施工中的重要环节，与传统检测方法射线检测相比，焊缝采用TOFD技术检测，具有适用厚度大、检测灵敏度高、安全环保以及对裂纹类缺陷敏感性强的优势。TOFD作为一种新的检测技术，越来越多地替代射线检测。
关键词：球罐；焊接；无损检测；TOFD
独山子石化加工轻烃炼油及乙烯优化调整项目新建轻烃罐区10台3500m3轻烃球罐、主体材料Q345R、厚度50mm。为了建造优质工程，确保球罐的质量，焊缝质量是一个关键的因素。大型球形储罐采用TOFD检测替代射线检测，其根本原因是TOFD检测方法的优点与球罐大型化及现场安装环境需求的结合。衍射时差技术首先应用上世纪60年代的英国核工业领域，作为一种精确的缺陷定量定位技术，广泛应用于石化、锅炉压力容器、电力、长输管线等。国内最早的TOFD技术应用是2000年的西气东输工程，大规模运用全自动焊接技术，全线35万道焊口一次焊接合格率高达98.3%。衍射时差法超声检测技术（Time of Flight Diffraction Technique简称TOFD技术）依靠超声波与缺陷尖端或端部相互作用后，而发出的衍射波来检测缺陷并对缺陷进行定位、定量的一种无损检测技术。
一、球罐焊接，每台轻烃罐含54块球壳板，550米对接焊缝。
1、球罐焊接前按JB4708标准的有关要求进行立焊、横焊、平+仰焊三种位置焊接工艺评定。焊接采用手工电弧焊，球壳板之间的焊接，内外部构件、安装用工卡具、预焊件等与球壳板焊接的焊缝Q345R材质采用J507型焊条.全部采用偏X型坡口，手工电弧焊，对称退焊法。焊接采用ZX7-400型电焊机，焊缝清根采用ZX7-630型电焊机。焊接电源直流反接。焊工对称分布、等速施焊。焊条采用直流电源，焊条接正极，可进行全位置焊接，严格控制焊接线能量不超过35KJ/cm，施焊时，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。
2、焊接程序：先焊接纵向焊缝，后焊接环向焊缝。焊缝外部全部焊完后，进行内部清焊根，并经渗透检测合格后再焊焊缝内部。极板的纵缝从中间向两侧焊。具体焊接顺序如下：赤道带纵缝—上温带纵缝—上极边板纵缝—上极带中心板纵缝—下极边板纵缝—下极带中心板纵缝--下极带方环缝—上极带方环缝—赤道带上、下环缝、温带环缝。
3、施焊环境出现下列任一情况且无有效防护措施时，禁止施焊：a雨天和雪天；b风速超过8m/s；c相对湿度在90%及以上；d环境温度在-5℃及以下。
4、焊接时，所有焊缝第一层焊道均采取分段退焊法。纵缝分段退焊每段宜为1000mm左右，环焊缝退焊长度宜为1200mm左右。施焊时，采用窄焊道、薄层多层焊，每一焊道宽度不大于焊芯直径的5倍，每一层焊道的厚度不超过4mm。每层焊道引弧点应依次错开50mm以上，焊道始端应采用后退起弧法，即在接头前方30mm左右处引弧，然后将焊条拉回到接头处焊接，终端应将弧坑填满，换焊条重新起弧时要在上一根焊条的弧坑尚未冷却的情况下，尽快重新引弧。每一层焊接结束，都要彻底清除焊渣，检查有无缺陷，将焊瘤及高低不平等采取打磨处理，以利下一层的焊接。纵向焊缝的焊道延至环向焊缝的中心，并在环向焊缝焊接前将收弧点磨光，消除缺陷。层间接头应错开。施焊时层间温度不得低于焊前预热温度，且不得超过200℃。环缝焊接时，不应在焊缝交叉部位引弧或灭弧。严禁焊工在坡口外乱打弧，电缆线要绝缘良好，避免因短路打伤球壳板。如不慎造成弧疤或弧坑，必须打磨消除，并经磁粉检测合格，同时做好记录。为了尽可能的使应力均布，纵缝的焊接应交叉进行，采用焊缝对称施焊，力求施焊速度一致。单侧焊接后应进行背面气刨清根，其目的是把第一层焊肉的缺陷去掉。每条焊缝连续刨两遍，确保将底层焊肉刨去，槽底半径保持5mm左右。刨槽要直，光滑，坡口形式应一致。清根后用砂轮修整刨槽，磨除可能存在的渗碳、粘渣与铜斑等缺陷和修整刨槽深浅不均、宽窄不等的现象，并采用渗透检测检查，如有缺陷，继续气刨打磨和渗透检测，直到缺陷彻底除净为止。
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5、对焊接工艺参数的控制应采取有效措施，工艺参数中电流、电压及焊接速度由于各种因素的影响经常发生变化，但焊接的线能量应在规定范围之内，这就需要随时调整焊接电流及焊接速度，在施工中除设专人测量并记录每个焊工每一层次的焊接电流及焊接速度外，同时设专人调节电流。
二、球罐无损检测方法及范围
本工程球罐焊缝无损检测主要采用球壳外部焊缝单面TOFD检测、超声检测和内外表面磁粉检测相结合的方法。
1、TOFD检测设备使用的是奥林巴斯有限公司的OMNISCAN MX2相控阵TOFD一体机。
1）主要由仪器、探头、楔块和扫描架四部分组成。
2）检测对象：各类压力容器等焊缝的单通道或双通道TOFD检测。3）检测厚度：12mm-100mm。
4）检测工件：平板对接焊缝或管道纵焊缝和环焊缝。检测管道环焊缝时，可检最小管径为500mm。
2、本工程球罐的无损检测范围：
a）组对前：球壳板坡口周边100mm的范围UT比例40%Ⅱ级合格、球壳板UT比例40%Ⅱ级合格、球壳板坡口表面MT比例40%Ⅰ级合格，抽查总数为22块，其中赤道带为8块，上温带8块、上、下极板各3块。如有不合格加倍抽查。
b）对接焊缝清根后，球壳对接接头MT比例40%Ⅰ级合格。
c）焊后24h球壳对接接头TOFD比例100%Ⅱ级合格、UT比例100%Ⅰ级合格。
d）焊缝返修后球壳对接接头TOFD比例100%Ⅱ级合格、UT比例100%Ⅰ级合格、MT比例100%Ⅰ级合格。
e）热处理前所有焊接接头及工卡具清除后的焊迹打磨及球壳体缺陷焊接修补和打磨后的部位以及热影响区，补强板、连接板、支柱及其它角焊缝MT比例100%Ⅰ级合格。
f）水压试验后所有焊缝MT比例100%Ⅰ级合格。
三、球罐焊缝检测采用TOFD技术的优劣势及现场解决的问题
1、TOFD技术的优点：
a）可靠性好，由于利用的是波的衍射信号，不受声束角度的影响，缺陷的检出率比较高。
b）定量精度高。
c）检测过程方便快捷，一般一人就可以完成TOFD检测，探头只需要沿焊缝两侧移动即可。
2、TOFD技术的局限性：
a）对近表面缺陷检测的可靠性不够，上表面缺陷信号可能被埋藏在直通波下面而被漏检，而下表面缺陷则会因为被底面反射波信号掩盖而漏检。
b）缺陷定性比较困难。
c）不容易检出横向缺陷。
d）复杂形状的缺陷检测比较难。
3、现场解决的问题
当施工现场环境温度到0℃及以下做TOFD检测时，由于温度过低，水做为耦合剂易结冰，满足不了检测要求，现场采用了不注水楔块，耦合剂用防冻液加羧甲基纤维素，满足了检测要求。
实践证明，本工程球罐焊缝检测由于采用了TOFD技术，无损检测工作可以根据施工现场进度随时安排检测时间，不占用绝对工期，解决了射线检测时要考虑的安全和环保方面因素及工期进度等问题。有力保证了施工工期按时完成。保质保量完成了无损检测工作，保证了项目的正常开工生产。
参考文献
[1]GB50094-2010《球形储罐施工规范》
[2]GB50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》
[3]NB/T47013-2015 《承压设备无损检测》
论文作者:施钊晖
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/9/30
标签：缺陷论文; 合格论文; 比例论文; 焊条论文; 球罐论文; 技术论文; 的是论文; 《建筑学研究前沿》2019年12期论文;