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LNG系列产品的焊接工艺

--自动化焊接装备在清洁能源LNG产业链中的应用

供稿:中国工控网 2016/8/25 14:48:13

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液化天然气发展概况

天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体,主要成分由甲烷组成。天然气经过预处理,脱除重质烃、硫化物、二氧化碳、水等杂质后,在常压下深冷到零下162℃液化即制成液化天然气(LNG),这是天然气以液态存在的形式,其体积仅为气态时的1/600。天然气液化后可以大大节约储运空间和成本,运输方式更为灵活,而且提高了燃烧性能。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃,正在成为世界油气工业新的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构,一些能源消费大国越来越重视LNG的引进,国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务,LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。目前LNG是全球增长最快的一次能源,如果能在中国大力发展LNG,在很大程度上可弥补石油资源不足、保证能源供应的多元化、逐步提高我国环境质量,并且对我国的西气东输等天然气管道输送工程也能起到互补的重要作用。

储存运输LNG系列产品主要有运输船用液化天然气(LNG)、液化天然气(LNG)公路运输槽车、罐式集装箱的大规模使用以及LNG汽车、LNG加气站技术、LNG冷能的逐步推广利用等,进一步拓宽了液化天然气(LNG)的应用领域。

2  LNG系列产品的焊接工艺

LNG系列产品中,企业为了提高市场竞争力,采用奥氏体不锈钢应变强化技术,即牺牲不锈钢的韧性提高其屈服强度,从而在满足低温储罐使用要求的前提下降低工件壁厚,从原先的814mm改为现在的410mmLNG车载绝热气瓶筒体厚度一般是3mm4mm的筒体,纵缝采用的是等离子焊接,单面焊接双面成形。在保证焊接质量的前提下保证了焊缝的成形美观。气瓶内胆环缝采用的是MAG焊接,焊接效率高,质量稳定。内胆要求射线探伤检测。外筒体采用的是TIG焊接,主要保证外观成形美观。

在快易冷(1m32m33m3)的产品上,内外胆纵缝采用PAW+TIG焊接工艺焊接,在内外筒体环缝均采用MAG焊接工艺焊接。纵缝采用PAW+TIG的焊接工艺焊接,焊接效率高。

在船用LNG、低温储罐行业,由于埋弧焊对不锈钢会造成热输入过大,热影响区晶粒粗大,影响焊缝组织的机械性能,为了改善该情况,采用热量集中的等离子焊接工艺,一方面实现单面焊双面成形,另一方面焊缝组织得到改善满足要求,而且可以提高生产效率。所以,厚度较薄的不锈钢,纵缝、环缝采用PAW+TIG焊接工艺焊接。筒体为壁厚较厚的产品,焊接工艺采用埋弧焊,即第一道内焊埋弧焊,第二道正面碳弧气刨清根,第三遍埋弧盖面。另外,对于厚度较厚的不锈钢产品也可以开坡口使用等离子打底,埋弧焊盖面,这种焊接工艺避免了埋弧焊需要碳弧气刨,清了根之后还需要打磨干净,防止碳弧气刨留下碳,从而造成焊缝增碳,容器在有腐蚀介质中使用会出现晶间腐蚀。

 

3  LNG系列产品焊接装备介绍

3.1低温绝热气瓶

3.1.1内外筒体纵缝的焊接采用图1MAG或者PAW焊接设备

图1气瓶纵缝自动化焊接系统

该设备主要由焊接工装、控制系统、操作系统、水箱、焊接电源、焊枪等部分组成。该设备主要解决低温绝热气瓶的纵缝焊接,焊接工装上主要有机座及衬垫、琴键夹具本体、芯轴、横梁及焊接小车、气路系统等部分组成。筒体利用液压小车放置到芯轴上,在芯轴上有水冷衬垫,衬垫通背面保护气,保护焊缝背面的成形。琴键夹具体将筒体夹持住,琴键夹具体与衬垫均为铜材质,其中衬垫为紫铜,在起到工装夹具作用的同时,还起到散热作用。在焊接方法上使用PAW焊接方式,成形美观,质量稳定,可单面焊接双面成形。对于对外观要求不高时,如杜瓦瓶,可采用MAG焊接方式焊接,MAG的焊接速度较快,可以提高生产效率。整套纵缝焊接设备操作方便,效率高,焊接质量稳定,成形美观。

 

3.1.2内外筒体环缝焊接采用图2双枪MAG或者TIG焊接设备。

2气瓶环缝双枪自动化焊接系统

环缝焊接设备主要由环缝工装、焊接电源、控制系统、跟踪系统等部分组成。环缝工装主要由回转头架、尾座、液压泵站、横梁、送料气动托架、焊接小车、电动滑架、弧光防护罩、控制盒等部分组成。焊接时,工件两端用主轴上三爪可调式卡盘夹持范围为Ф300~Ф800mm,可根据抓盘上的标尺刻度保证工件外圆与主轴同心。也可两端采用对中装置顶紧,工件放置到气动托架上,利用气动抬升和尾座液压装置将工件快速装夹到设备上,回转头架的速度可由控制部分控制,在焊接内胆时采用的是双枪MAG焊接,内胆的焊接对外观的要求不高,对焊缝的质量有要求,所以一般采用MAG焊接的方式焊接。焊接部分采用双枪跟踪焊接,这样操作方便,增加了焊接效率减少了焊接操作人员。从而提高了生产效益。焊接的跟踪方式采用机械式跟踪,利用封头与筒体组对方式的焊缝,跟踪方便简单,成本相比于激光跟踪等方式低,跟踪简单稳定,维护成本低。在焊接外筒体时,由于外筒体对焊缝外观成形上要求要美观,所以采用TIG焊接,在外胆焊接设备上,TIG焊接可以利用弧压跟踪来跟踪焊枪高度,为了提高生产效率,一般采用的是双枪同时焊接。外胆焊接设备由于采用了TIG焊接方式,焊接成形美观,焊缝余高方便控制,焊接质量稳定。

 

3.2快易冷储罐

3.2.1内、外筒体纵缝焊接采用图3双枪PAW+TIG焊接设备


3快易冷罐体纵缝自动化焊接系统

快易冷内外筒体纵缝的焊接设备与低温绝热气瓶内外筒体纵缝的焊接方法不同,低温绝热气瓶内外筒体纵缝采用的是单枪PAW焊接,而快易冷的内外筒体的纵缝由于一般厚度为410mm,厚度一般较厚,所以采用PAW+TIG的焊接方式,PAW不加丝打底,保证焊缝背面的成形,TIG盖面,保证了焊缝的正面成形美观。两把焊枪同时焊接。快易冷采用的焊接设备工装采用的是长度较长的焊接工装,工装下面有液压输送小车,用于装卸工件。在焊接操控方面,PAWTIG均采用弧压跟踪的方式在焊接时跟踪焊枪在焊缝上的高度。弧压跟踪的高度、跟踪的速度等参数均可以在控制系统中调节。在焊枪的前面加装了电弧监控系统,操作人员可以清晰的观察到焊枪的相对位置,方便调整焊枪的左右位置以及焊丝的送丝角度等参数。

 

3.2.2内、外筒体环缝焊接采用图4单枪MAG焊接设备

4快易冷罐体环缝自动化焊接系统

该设备主要由环缝工装,焊接电源、控制系统、操作系统等部分组成,焊接工装主要由精密环缝焊接工装、三轴操作架等部分组成。其中环缝工装由主轴箱,床身,送料气动托架,液压尾座,移动小车,电动滑架,防护罩,移动式控制盒等组成。焊接内筒体时,工件一端用主轴上三爪可调式卡盘(夹持范围为Ф850~Ф1500mm)装夹,可根据卡盘上的标尺刻度保证工件外圆与主轴同心。另一端用液压尾座上的对中装置顶紧,并且根据需要可在工件的中部用可升降的气动托架支承。焊接外筒体时,一端用专用工装固定工件,筒体底部使用托架支承。设备采用单枪MAG焊接,焊枪有横摆功能,焊枪摆动的宽度、摆动的速度、边缘停留的时间等参数都可以在系统控制中设置,横摆功能主要用于填充厚筒体的焊缝。

 

3.3低温槽车及罐的生产应用

3.3.1内筒体不锈钢容器纵缝焊接采用图5双枪PAW+TIG焊接设备

5低温槽车及罐的内筒体纵缝自动化焊接系统

内筒体的纵缝主要由加高纵缝工装、液压输送系统、焊接控制系统、操作系统、水箱、焊接电源等部分组成。焊接采用PAW+TIG的焊接方式,PAW不加丝打底,保证焊缝背面的成形,TIG盖面,保证了焊缝的正面成形美观。两把焊枪同时焊接。焊接纵缝工装采用的是加高工装,这样用于焊接大直径筒体。工件的输送采用液压输送方式,即将工件吊装到液压行走小车上,打开纵缝工装的轴端托架,将工件输送到工装内,闭合上轴端托架,利用液压小车上的滚轮架调整工件的位置,使用琴键压指工装装夹好工件便可以焊接了。整套设备由于采用了PAW+TIG的焊接方式,焊接效率高,可以单面焊接双面成形。PAWTIG均采用电弧电压跟踪焊枪的高度,方便操作。设备的人机界面采用触摸屏的方式,界面为中文,方便操作人员编写设置焊接工艺参数。

 

3.3.2内筒体不锈钢容器环缝焊接采用图6双枪PAW+TIG焊接设备

6低温槽车及罐的内筒体环缝自动化焊接系统

内筒纵缝焊接系统主要由操作机工装、滚轮架系统、焊接电源、焊枪、水箱、焊接控制系统、监控系统等部分组成。操作机工装主要由底座、台车、回转部件、立柱、横梁、溜板箱等几个部件组成,焊接方式采用PAW+TIG的焊接方式,即PAW打底,TIG加丝盖面,焊缝需要单面焊接双面成形,背面使用背保护工装保护焊缝反面成形的焊缝。焊接监控系统方便观察焊枪的相对位置。工件在组对好以后吊装到滚轮架上,操作机在工件的上端焊接。操作使用手控操作盒调整焊接工艺参数。

 

3.3.3外筒体碳钢容器内外纵缝焊接采用图7SAW焊接设备

7低温槽车及罐的外筒体内外纵缝自动化焊接系统

外筒体内外纵缝主要由操作机、滚轮架、焊接电源、焊接控制系统、焊接操作系统、焊剂回收装置等部分组成。筒体放置在滚轮架上,可以用滚轮架对工件的焊缝相对位置进行微调。焊接设备在筒体内部焊接,焊缝的外面采用焊剂进行保护,焊接完内部焊缝以后要对焊缝进行清根,然后再对焊缝的外部分进行焊接。设备安装有焊剂输送回收系统,方便在焊接时自动输送回收焊接,节约焊剂,减少人工的劳动强度。埋弧焊的焊接速度快,金属填充效率高,在焊接厚板时有比较大的优势。

 

3.3.4外筒体碳钢容器内、外环缝焊接分别采用图8、图9SAW焊接设备

8低温槽车及罐的外筒体内环缝自动化焊接系统


9低温槽车及罐的外筒体外环缝自动化焊接系统

外筒体内外环缝主要由操作机、滚轮架、焊接电源、焊接控制系统、焊接操作系统、焊剂回收装置等部分组成,由于需要在筒体内部进行焊接,操作机的横梁比较长,在焊接内环缝时,在工件外面采用焊剂托盘对焊缝外部进行保护,焊接完毕内环缝以后,需要进行清根、清理,然后再焊接外面环缝。设备的滚轮架采用自调式滚轮架,配有工件防窜装置,在焊接过程中减少工件的窜动,减少了调节频率,提高了焊缝的质量。

 

4LNG系列产品的装备应用实例

4.1低温绝热气瓶


10纵缝设备      图11环缝设备

 

4.2快易冷

12纵缝设备

13环缝设备

4.3低温储罐


14纵缝设备

15环缝设备

16纵缝设备

17环缝设备

5结束语

LNG汽车具有经济、安全、环保、机动等优势,是天然气汽车的又一发展方向。LNG汽车技术在我国正处于起步阶段,关键技术有待研发,相关标准规范有待制定,为推广和发展LNG汽车奠定基础。

按照工信部规划,到2020年,中国主要运行车辆的10%20%要使用清洁能源。针对这一指导意见,各地研究制定了如燃料电池、LNG等清洁能源汽车的发展规划,同时地方出台财政补贴等优惠政策。LNG作为清洁能源,能够有效降低汽车尾气污染物和温室气体排放,属国家鼓励发展的低碳清洁能源产业。据悉,国家能源局已经委托相关单位编制了LNG汽车加气站建设的行业标准,并已得到专家审批通过。“不光是发展上得到政策支持,最基本的,税上先省了一块多钱。”改装后的LNG动力车主刘先生对记者表示。按照现行成品油价格,97#汽油约8.36/升、柴油约7.79/升。成品油价格里除去汽油每升含税1元、柴油含税0.8元外,还有成品油在加工环节17%的增值税,进口原油环节有关税,以及教育附加费、城市维护费等名类繁多的税种。虽然按照发改委规定,对于车用天然气,要求各地原则上按照与汽油最高零售价格不低于0.75:1的比价关系理顺车用天然气价格,保持车用天然气的合理比价。但由于汽油一再涨价,市场上车用天然气价格已远低于规定。价格及税费形成的洼地,为车用LNG的发展提供了巨大的发展空间。


审核编辑(王雪)
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