CN117798459A - 球形压力储罐焊接方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，具体是一种球形压力储罐焊接方法和***，包括将球罐的壳板按照拼接位置划分成不同位带，同一位带由均分且相同形状的壳板组成，同一位带的壳板之间连接的焊缝记为纵缝，不同位带的壳板之间连接的焊缝记为环缝，不同位带的壳板之间连接的纵缝错开分布；先焊接位带的纵缝，再焊接位带之间的环缝；焊接环缝时根据得到的接触间隙曲线，调节焊接电流。本发明通过获取焊工初始焊接对称壳板的有效焊接时间得到接触间隙曲线，从而根据焊接进度近似得到当前的接触间隙，智能调节电流从而使得焊工的焊接进度同步；当焊接进度保持同步时，能够同步在对称的壳板拆除吊装条件或者拆除壳板之间的横向定位块，节约焊接工期。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体是一种球形压力储罐焊接方法和***。
背景技术
球形压力储罐（以下简称球罐）在能源化工行业应用广泛，球罐的外壳是球形而受力均匀；在壁厚相同的情况下，球罐的承载能力更高；在相同体积条件下，球形容器的表面积最小，因而球罐壁厚、表面积小而相较其他形状能节省大量钢材。球罐压力容器主要保存压力较高的气体或液化气体，多数是易燃、易爆介质，因此球罐施工难度大、质量要求高。球罐安装施工过程难度较大的是焊接环节，焊接后的球罐必须能够承受极端的压力和温度条件。焊接球罐的曲面壳板有若干，壳板厚度根据设计工作压力参数一般为25~50mm，除球罐主体的壳板之外还有支撑球罐主体的支柱、附属阀门等附件。按主体壳板的分片结构形式可分为桔瓣式、足球式和混合式，其中混合式球罐的罐体组成是赤道带和温带采用桔瓣式，而极板采用足球瓣式结构。由于这种结构取桔瓣式和足球瓣式两种结构的优点，材料利用率较高，焊缝长度缩短，壳板数量较少，特别适合大型球罐。混合式球罐将壳板根据组成球罐的区域分为赤道带、上下温带、上下寒带和上下极带，无论是赤道带、温带、寒带还是极带之间的壳板进行焊接连接，均有沿纬度方向的环缝和沿经度方向的纵缝来固定。球罐的焊接需要经验丰富的焊工完成，难点在于罐体焊缝长度多达数百米，并且焊接时需要大量焊工围绕球罐以对称方式配合同时焊接。
发明内容
（1）本发明的目的在于提供球形压力储罐焊接方法和***，以解决球罐焊接过程环缝焊接进度同步的问题。
（2）为实现上述目的，一方面，本发明提供了球形压力储罐焊接方法，所述方法包括：
将球罐的壳板按照拼接位置划分成不同位带，包括上极带、上寒带、上温带、赤道带、下温带、下寒带和下极带；同一位带由均分且相同形状的壳板组成，同一位带的壳板之间连接的焊缝记为纵缝，不同位带的壳板之间连接的焊缝记为环缝，不同位带的壳板之间连接的纵缝错开分布；
将赤道带对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成赤道带的壳板定位；架起支撑腿，支撑腿之间固定有连接筋，所述支撑腿上端之间形成的圆平面上开口设置为支撑赤道带外侧面；吊装赤道带到支撑腿之间形成的圆平面上开口，调节赤道带圆心摆放到和圆平面上开口圆心重合；焊接赤道带的壳板之间纵缝，将支撑腿和赤道带壳板焊牢固定；
将上温带对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上温带的壳板定位；吊装上温带到赤道带上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块沿环缝均匀分布且搭接在上温带和赤道带壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上温带的壳板之间纵缝，焊接上温带和赤道带壳板之间的环缝；
将上寒带对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上寒带的壳板定位；吊装上寒带到上温带上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块沿环缝均匀分布且搭接在上寒带和上温带壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上寒带的壳板之间纵缝，焊接上寒带和上温带壳板之间的环缝；
将上极带对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上极带的壳板定位；吊装上极带到上寒带上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块沿环缝均匀分布且搭接在上极带和上寒带壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上极带的壳板之间纵缝，焊接上极带和上寒带壳板之间的环缝；
依照上温带的焊接方法对称完成下温带和赤道带的焊接，依照上寒带的焊接方法对称完成下寒带和下温带的焊接，依照上极带的焊接方法对称完成下极带和下寒带的焊接；完成上述球罐外侧外坡口焊接后，将球罐内侧清根打磨且通过无损探伤后，焊接球罐内侧内坡口；
所述位带之间的环缝焊接方法包括：将焊工围绕形成环缝的壳板外侧均匀分布进行焊接施工，设定焊接初始电压和焊接初始电流/>，所有焊工从对称位置的壳板起弧，当所有焊工焊接到相邻的壳板且需要拆除横向定位块或者将已完成焊接的壳板的吊装条件撤除时收弧，统计焊工焊接过程的焊条消耗数量，根据焊条消耗数量得到有效焊接时间；根据焊工按序统计的有效焊接时间序列映射到接触间隙在焊接过程中平均的宽度序列，根据宽度序列拟合生成接触间隙两侧位带所在的接触平面；根据宽度序列和接触平面求出两侧位带之间的空间距离曲线得到接触间隙尺寸曲线，在接触间隙尺寸曲线上找到最小间隙值/>；当拆除当前横向定位块并焊接下一段接触间隙时，根据接触间隙尺寸曲线预测焊工当前接触间隙，根据当前接触间隙与最小间隙值/>的倍数修正焊接初始电流/>得到焊接修正电流/>。
进一步地，根据宽度序列拟合生成接触间隙两侧位带所在的接触平面的方法包括：
设定固定的第一平面作为接触间隙一侧的接触平面，另一接触平面记为第二平面，第一平面上的位带环形投影记为第一环形，第二平面上的位带环形投影记为第二环形，第一环形和第二环形不平行且其圆心不具有同心关系；以第一环形圆心为坐标原点，且第一环形在平面，设第二环形圆心相对第一环形圆心的夹角向量为，其中/>、/>和/>分别是第二圆环相对第一圆环的/>轴、/>轴和/>轴旋转的欧拉角，第二环形圆心相对第一环形圆心的平移向量为/>；将接触间隙对应的宽度序列公式设为：
；
其中为第二圆环上任意点的向量，/>是/>对应的点在第一圆环上的垂直投影点的向量；所述宽度序列是第二圆环上的焊接位置到第一圆环的垂直距离，设宽度序列的误差函数为：
；
其中为宽度序列中第/>个元素，/>为宽度序列中元素个数，/>为宽度序列中第个元素在第一圆环上的点对应的向量；将宽度序列带入误差函数/>并使用梯度下降算法拟合得到夹角向量/>和平移向量/>，从而得到第二圆环的空间位置；通过第二圆环的空间位置求得其到第一圆环之间形成的接触间隙尺寸曲线。
进一步地，所述方法还包括：
当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>时，将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，将焊接初始电流/>调整为/>；当焊接修正电流/>超过设定的焊接最大电流/>且/>低于设定的焊接最小电流/>时，将焊接初始电流/>调整为焊接最小电流/>且焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>。
进一步地，所述方法还包括：
当焊接修正电流计算并生效后，统计焊接下一段壳板期间焊工消耗的焊条数量得到实际焊接时间，通过Z分数法得到出现实际焊接时间存在异常期间对应的焊缝，对实际焊接时间存在异常期间对应的焊缝提前进行无损探伤。
进一步地，所述方法还包括：
所述焊工围绕形成环缝的壳板外侧均匀分布进行焊接施工时，将每个壳板对应的焊缝分为等长焊段，沿着壳板总体焊接方向进行退焊焊接，所述退焊焊接是每段焊段焊接方向和总体焊接方向相反。
进一步地，所述方法还包括：
在球罐的壳板焊接之前，清除壳板焊接坡口两侧至少15mm范围内的球壳表面污物；所述壳板焊接坡口包括壳板外侧形成的外坡口和壳板内侧形成的内坡口，外坡口夹角50~60°，内坡口夹角55~65°，外坡口深度占壁厚的55-65%，内坡口深度占壁厚的30~45%。
进一步地，所述方法还包括：
在壳板或者位带之间拼接时，预留焊缝的接触间隙为2~4mm；当壳板或者位带之间拼接完成后，将未焊接固定过的相邻壳板通过焊接横向定位块或者纵向定位块固定，横向定位块或者纵向定位块在壳板焊接的点焊缝长度至少10mm。
进一步地，所述方法还包括：
将壳板或者位带之间的接触间隙通过至少两层焊层填充，每层焊层2.5~3.5mm，每层由于起弧引起的焊头位置至少错开50mm；当每层焊层焊接完毕后，将每层焊层起弧时引起的不平整焊头打磨使焊层保持平整。
进一步地，将球罐内侧清根打磨的方法包括：
通过碳弧气刨将壳板焊缝内侧修整出U型刨槽，刨槽槽深和槽宽保持一致，其中刨槽槽深5~6mm且槽宽12~16mm；打磨刨槽使其表面光滑无渗碳并清除刨槽内污物。
基于同一发明构思，另一方面，本发明还提供了球形压力储罐焊接***，应用于所述的球形压力储罐焊接方法，所述***包括：
接触曲线预估模块，用于设定固定的第一平面作为接触间隙一侧的接触平面，另一接触平面记为第二平面，第一平面上的位带环形投影记为第一环形，第二平面上的位带环形投影记为第二环形，第一环形和第二环形不平行且其圆心不具有同心关系；以第一环形圆心为坐标原点，且第一环形在平面，设第二环形圆心相对第一环形圆心的夹角向量为/>，其中/>、/>和/>分别是第二圆环相对第一圆环的/>轴、/>轴和/>轴旋转的欧拉角，第二环形圆心相对第一环形圆心的平移向量为/>；将接触间隙对应的宽度序列公式设为：
；
其中为第二圆环上任意点的向量，/>是/>对应的点在第一圆环上的垂直投影点的向量；所述宽度序列是第二圆环上的焊接位置到第一圆环的垂直距离，设宽度序列的误差函数为：
；
其中为宽度序列中第/>个元素，/>为宽度序列中元素个数，/>为宽度序列中第个元素在第一圆环上的点对应的向量；将宽度序列带入误差函数/>并使用梯度下降算法拟合得到夹角向量/>和平移向量/>，从而得到第二圆环的空间位置；通过第二圆环的空间位置求得其到第一圆环之间形成的接触间隙尺寸曲线；
焊接电流修正模块，用于当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>时，将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，将焊接初始电流/>调整为/>；当焊接修正电流/>超过设定的焊接最大电流/>且/>低于设定的焊接最小电流/>时，将焊接初始电流/>调整为焊接最小电流/>且焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>。
（3）与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过获取焊工初始焊接对称壳板的有效焊接时间得到接触间隙曲线，从而根据焊接进度近似得到当前的接触间隙，智能调节电流从而使得焊工的焊接进度同步；当焊接进度保持同步时，能够同步在对称的壳板拆除吊装条件或者拆除壳板之间的横向定位块，节约焊接工期。
附图说明
图1为本发明实施例1的球形压力储罐焊接方法的方法框图；
图2为本发明实施例1的球形压力储罐焊接方法中的球罐结构示意图；
图3为本发明实施例1的球形压力储罐焊接方法中环缝焊接过程焊工位置分布俯视示意图；
1-上极带；2-上寒带；3-上温带；4-赤道带；5-下温带；6-下寒带；7-下极带；8-连接筋；9-支撑腿；10-壳板；11-焊工；12-横向定位块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在举例之前，需要针对本发明构思的应用场景予以阐述，球罐的焊接工作工作量加大，以某石化厂容积4000立方的球罐为例，壳板厚度40mm，围绕球罐主体周边安装有柱腿12个，施工方安排12名焊工以对称方式同步焊接，工作量统计为焊缝长度637米，焊接外侧工期约20天，焊接内侧工期约10天，合计工期约30天。对于经验丰富的12名焊工而言，试焊的时候确保所有焊工的手法大致一致比如均使用摇摆焊，且从焊接后的外观结果来看，要求焊缝宽度均匀一致，余高平整均匀，焊缝表面不允许有气孔和裂纹；同时焊缝表面焊波均匀，焊缝两侧咬边的深度小于0.5mm，焊缝接头处无明显凹凸现象，焊缝表面无明显焊瘤。焊接同批次球罐时，焊工使用同批次焊条且焊接参数主要包括焊接电流等设定相同，目的是让12名焊工实现同步焊接。尤其是焊接环缝时，12名焊工以对称方式同步焊接，因为位带之间使用定位块通过焊点定位固定，随着焊接环缝的过程需要拆掉挡住焊缝的定位块。球罐由20多个壳板拼接而成，吊装拼接过程存在装配误差，只要在阈值范围内的装配误差并不影响使用。比如相邻位带之间的壳板接触间隙在某处3.8mm，而其对称一侧的壳板接触间隙是2.1mm，接触间隙越大的地方需要更多的金属液填充，所以焊工焊接时间变长，降低了焊接速度。最理想的情况下是，壳板之间的接触间隙基本一致，这样所有的焊工在同样的焊接参数下基本能同步焊接；但如果接触间隙不一致，则会导致部分接触间隙小的焊工焊得更快，当他们需要拆掉定位块时需要等待焊得更慢的焊工焊完到对称的定位块，造成环缝的焊接工期取决于焊接最慢的焊工。
实施例1：如图1所示，本实施例提供了球形压力储罐焊接方法，所述方法包括：
S1、如图2所示，将球罐的壳板按照拼接位置划分成不同位带，包括上极带1、上寒带2、上温带3、赤道带4、下温带5、下寒带6和下极带7；同一位带由均分且相同形状的壳板组成，同一位带的壳板之间连接的焊缝记为纵缝，不同位带的壳板之间连接的焊缝记为环缝，不同位带的壳板之间连接的纵缝错开分布；本实例中的球罐为混合式球罐，赤道带4、上温带3和下温带5取桔瓣式设计，而上寒带2、上极带1、下寒带6和下极带7取足球式设计；纵缝错开分布的目的是防止焊缝应力或者缺陷沿着较长的接触间隙传递而降低球罐压力强度。
S2、将赤道带4对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成赤道带4的壳板定位；架起支撑腿9，支撑腿9之间固定有连接筋8，所述支撑腿9上端之间形成的圆平面上开口设置为支撑赤道带4外侧面；吊装赤道带4到支撑腿9之间形成的圆平面上开口，调节赤道带4圆心摆放到和圆平面上开口圆心重合；焊接赤道带4的壳板之间纵缝，将支撑腿9和赤道带4壳板焊牢固定；壳板拼接式采取定位或者吊装，到达正确的拼接位置，采用定位块包括横向定位块或者纵向定位块及时定位，定位块可以是具有一定宽度的金属块或者金属条，确保两个壳板之间能初步固定防止正式焊接期间发生移位。
S3、将上温带3对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上温带3的壳板定位；吊装上温带3到赤道带4上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块12沿环缝均匀分布且搭接在上温带3和赤道带4壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上温带3的壳板之间纵缝，焊接上温带3和赤道带4壳板之间的环缝；
S4、将上寒带2对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上寒带2的壳板定位；吊装上寒带2到上温带3上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块12沿环缝均匀分布且搭接在上寒带2和上温带3壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上寒带2的壳板之间纵缝，焊接上寒带2和上温带3壳板之间的环缝；
S5、将上极带1对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上极带1的壳板定位；吊装上极带1到上寒带2上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块12沿环缝均匀分布且搭接在上极带1和上寒带2壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上极带1的壳板之间纵缝，焊接上极带1和上寒带2壳板之间的环缝；
S6、依照上温带3的焊接方法对称完成下温带5和赤道带4的焊接，依照上寒带2的焊接方法对称完成下寒带6和下温带5的焊接，依照上极带1的焊接方法对称完成下极带7和下寒带6的焊接；完成上述球罐外侧外坡口焊接后，将球罐内侧清根打磨且通过无损探伤后，焊接球罐内侧内坡口；外坡口焊接完毕后，在内侧的壳板接触间隙有焊接时熔融不规则金属液体填充到内坡口，同时外坡口焊接过程产生的杂质碎屑在高温下沾附到内坡口，因此需要对此进行清根使内坡口具有焊接条件。
所述位带之间的环缝焊接方法包括：将焊工11围绕形成环缝的壳板10外侧均匀分布进行焊接施工，设定焊接初始电压和焊接初始电流/>，所有焊工11从对称位置的壳板10起弧，当所有焊工11焊接到相邻的壳板10且需要拆除横向定位块12或者将已完成焊接的壳板的吊装条件撤除时收弧，统计焊工11焊接过程的焊条消耗数量，根据焊条消耗数量得到有效焊接时间；根据焊工11按序统计的有效焊接时间序列映射到接触间隙在焊接过程中平均的宽度序列，根据宽度序列拟合生成接触间隙两侧位带所在的接触平面；根据宽度序列和接触平面求出两侧位带之间的空间距离曲线得到接触间隙尺寸曲线，在接触间隙尺寸曲线上找到最小间隙值/>；当拆除当前横向定位块12并焊接下一段接触间隙时，根据接触间隙尺寸曲线预测焊工11当前接触间隙，根据当前接触间隙与最小间隙值/>的倍数修正焊接初始电流/>得到焊接修正电流/>。本实施中焊工人数至少为6名，以4000立方的球罐配备有12名焊工同时作业，因此每个焊工焊接到需要拆除壳板外侧的横向定位块12或者将已焊接完成的壳板的吊装条件撤除的时候，需要同时拆除对称的横向定位块12或者撤除吊装条件，否则会导致已焊接的焊缝受力不均匀导致受力较大的焊缝破坏，焊接工程的同步性让已焊接的焊缝在拆除定位块或将已焊接完成的壳板的吊装条件撤除后仍能均匀受力且能节约施工工期。吊装调整位置的时候，很难确保接触间隙的尺寸完全一致，当存在接触间隙误差时，接触间隙越大的地方消耗焊条越多且焊接时间越长，焊接初始参数近似一致的情况下，有效焊接时间和使用的焊条数量成正比，通过接触间隙和焊接时间的近似正比关系来估计接触间隙，比如接触间隙对应的宽度序列分布是[1.5，1.8、1.2、1.0、1.1、1.3、1.5、1.4、1.3、1.1、1.0、0.9]，我们并不需要知道接触间隙的具体尺寸，比如宽度序列第一个元素为1.5个单位，我们只需要得到他们的相对值即可。接触间隙是由相邻位带的剖面侧面形成的，其侧面近似是一个接触平面，当能得到12名焊工在均匀分布的12个位置点位的接触间隙时，以一个接触平面做基准面，能拟合另一个接触平面，当确定两个接触平面的空间位置后，就能求得二者之间的接触间隙尺寸曲线。通过当前焊工12的位置求得下一段壳板之间的接触间隙，通过提高电流来提高焊缝较大处的焊工的焊接速度，提高焊接电流近似地和焊接速度成正比关系，从而和焊缝较小处的焊工速度保持在近似一致的施工速度上。
进一步地，根据宽度序列拟合生成接触间隙两侧位带所在的接触平面的方法包括：
设定固定的第一平面作为接触间隙一侧的接触平面，另一接触平面记为第二平面，第一平面上的位带环形投影记为第一环形，第二平面上的位带环形投影记为第二环形，第一环形和第二环形不平行且其圆心不具有同心关系；以第一环形圆心为坐标原点，且第一环形在平面，设第二环形圆心相对第一环形圆心的夹角向量为，其中/>、/>和/>分别是第二圆环相对第一圆环的=/>轴、/>轴和/>轴旋转的欧拉角，第二环形圆心相对第一环形圆心的平移向量为/>；将接触间隙对应的宽度序列公式设为：
；
其中为第二圆环上任意点的向量，/>是/>对应的点在第一圆环上的垂直投影点的向量；所述宽度序列是第二圆环上的焊接位置到第一圆环的垂直距离，设宽度序列的误差函数为：
；
其中为宽度序列中第/>个元素，/>为宽度序列中元素个数，/>为宽度序列中第个元素在第一圆环上的点对应的向量；将宽度序列带入误差函数/>并使用梯度下降算法拟合得到夹角向量/>和平移向量/>，从而得到第二圆环的空间位置；通过第二圆环的空间位置求得其到第一圆环之间形成的接触间隙尺寸曲线。通过梯度下降算法计算误差函数为/>的极小值，具体是通过求解误差函数/>的导数，从根据导数为0时参数以及在此参数两侧的误差函数/>导数的正负值来找到误差函数为/>的极小值。将此参数方程带入相应的多名焊工的宽度序列求解得到第二平面的空间位置。
进一步地，所述方法还包括：
当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>时，将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，将焊接初始电流/>调整为/>；当焊接修正电流/>超过设定的焊接最大电流/>且/>低于设定的焊接最小电流/>时，将焊接初始电流/>调整为焊接最小电流/>且焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>。最佳的电流调整方式是，焊接较慢的焊接处也就是接触间隙较大的地方提高焊接电流，但是可能该焊接电流超过设定的焊接最大电流/>，因此需要将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，焊接初始电流调小即可，这可能会牺牲施工效率但会提升焊接质量，防止过大的焊接电流导致焊缝过烧焊透。而当焊接初始电流需要调节且/>低于设定的焊接最小电流/>，说明部分位置的焊缝需要调低焊接电流，但最低不能低于设定的焊接最小电流/>时，防止焊接时无法产生熔融的焊接效果而产生夹渣或者未熔合降低焊接结合力。此时的焊接初始电流/>和焊接修正电流/>均收到焊接电流阈值的限定，虽然会牺牲一些焊接施工的同步性，但是能提升焊接过程的焊缝质量，追求焊接施工同步性和焊缝质量的综合性能。
进一步地，所述方法还包括：
当焊接修正电流计算并生效后，统计焊接下一段壳板期间焊工11消耗的焊条数量得到实际焊接时间，通过Z分数法得到出现实际焊接时间存在异常期间对应的焊缝，对实际焊接时间存在异常期间对应的焊缝提前进行无损探伤。当焊接时间基本同步时，如果某个焊工11的实际焊接时间出现异常，说明期间焊工11的焊接出现不稳定需要提前探伤，尤其焊缝在多层焊层时，能提前找到焊接缺陷。
进一步地，所述方法还包括：
所述焊工11围绕形成环缝的壳板10外侧均匀分布进行焊接施工时，将每个壳板对应的焊缝分为等长焊段，沿着壳板总体焊接方向进行退焊焊接，所述退焊焊接是每段焊段焊接方向和总体焊接方向相反。
进一步地，所述方法还包括：
在球罐的壳板焊接之前，清除壳板焊接坡口两侧至少15mm范围内的球壳表面污物；所述壳板焊接坡口包括壳板外侧形成的外坡口和壳板内侧形成的内坡口，外坡口夹角50~60°，内坡口夹角55~65°，外坡口深度占壁厚的55-65%，内坡口深度占壁厚的30~45%。球罐所有的焊缝均采用双V形坡口，球罐焊缝大坡口在外侧，小坡口在内侧。
进一步地，所述方法还包括：
在壳板或者位带之间拼接时，预留焊缝的接触间隙为2~4mm；当壳板或者位带之间拼接完成后，将未焊接固定过的相邻壳板通过焊接横向定位块或者纵向定位块固定，横向定位块或者纵向定位块在壳板焊接的点焊缝长度至少10mm。
进一步地，所述方法还包括：
将壳板或者位带之间的接触间隙通过至少两层焊层填充，每层焊层2.5~3.5mm，每层由于起弧引起的焊头位置至少错开50mm；当每层焊层焊接完毕后，将每层焊层起弧时引起的不平整焊头打磨使焊层保持平整。
进一步地，将球罐内侧清根打磨的方法包括：
通过碳弧气刨将壳板焊缝内侧修整出U型刨槽，刨槽槽深和槽宽保持一致，其中刨槽槽深5~6mm且槽宽12~16mm；打磨刨槽使其表面光滑无渗碳并清除刨槽内污物。
实施例2：基于同一发明构思，如图2所示，本实施例还提供了球形压力储罐焊接***，应用于所述的球形压力储罐焊接方法，所述***包括：
接触曲线预估模块，用于设定固定的第一平面作为接触间隙一侧的接触平面，另一接触平面记为第二平面，第一平面上的位带环形投影记为第一环形，第二平面上的位带环形投影记为第二环形，第一环形和第二环形不平行且其圆心不具有同心关系；以第一环形圆心为坐标原点，且第一环形在平面，设第二环形圆心相对第一环形圆心的夹角向量为/>，其中/>、/>和/>分别是第二圆环相对第一圆环的/>轴、/>轴和/>轴旋转的欧拉角，第二环形圆心相对第一环形圆心的平移向量为/>；将接触间隙对应的宽度序列公式设为：
；
其中为第二圆环上任意点的向量，/>是/>对应的点在第一圆环上的垂直投影点的向量；所述宽度序列是第二圆环上的焊接位置到第一圆环的垂直距离，设宽度序列的误差函数为：
；
其中为宽度序列中第/>个元素，/>为宽度序列中元素个数，/>为宽度序列中第个元素在第一圆环上的点对应的向量；将宽度序列带入误差函数/>并使用梯度下降算法拟合得到夹角向量/>和平移向量/>，从而得到第二圆环的空间位置；通过第二圆环的空间位置求得其到第一圆环之间形成的接触间隙尺寸曲线；
焊接电流修正模块，用于当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>时，将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，将焊接初始电流/>调整为/>；当焊接修正电流/>超过设定的焊接最大电流/>且/>低于设定的焊接最小电流/>时，将焊接初始电流/>调整为焊接最小电流/>且焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>。
需要说明的是，关于上述实施例中的***，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
最后应说明的是：尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
将球罐的壳板按照拼接位置划分成不同位带，包括上极带（1）、上寒带（2）、上温带（3）、赤道带（4）、下温带（5）、下寒带（6）和下极带（7）；同一位带由均分且相同形状的壳板组成，同一位带的壳板之间连接的焊缝记为纵缝，不同位带的壳板之间连接的焊缝记为环缝，不同位带的壳板之间连接的纵缝错开分布；
将赤道带（4）对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成赤道带（4）的壳板定位；架起支撑腿（9），支撑腿（9）之间固定有连接筋（8），所述支撑腿（9）上端之间形成的圆平面上开口设置为支撑赤道带（4）外侧面；吊装赤道带（4）到支撑腿（9）之间形成的圆平面上开口，调节赤道带（4）圆心摆放到和圆平面上开口圆心重合；焊接赤道带（4）的壳板之间纵缝，将支撑腿（9）和赤道带（4）壳板焊牢固定；
将上温带（3）对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上温带（3）的壳板定位；吊装上温带（3）到赤道带（4）上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块（12）沿环缝均匀分布且搭接在上温带（3）和赤道带（4）壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上温带（3）的壳板之间纵缝，焊接上温带（3）和赤道带（4）壳板之间的环缝；
将上寒带（2）对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上寒带（2）的壳板定位；吊装上寒带（2）到上温带（3）上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块（12）沿环缝均匀分布且搭接在上寒带（2）和上温带（3）壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上寒带（2）的壳板之间纵缝，焊接上寒带（2）和上温带（3）壳板之间的环缝；
将上极带（1）对应的壳板拼接，壳板之间预留纵缝的接触间隙，取纵向定位块搭接在壳板之间，将纵向定位块通过焊点焊牢并固定相邻壳板，完成上极带（1）的壳板定位；吊装上极带（1）到上寒带（2）上方进行拼接并预留环缝的接触间隙，维持吊装状态并取横向定位块（12）沿环缝均匀分布且搭接在上极带（1）和上寒带（2）壳板之间通过焊点焊牢固定相邻壳板；焊接上极带（1）的壳板之间纵缝，焊接上极带（1）和上寒带（2）壳板之间的环缝；
依照上温带（3）的焊接方法对称完成下温带（5）和赤道带（4）的焊接，依照上寒带（2）的焊接方法对称完成下寒带（6）和下温带（5）的焊接，依照上极带（1）的焊接方法对称完成下极带（7）和下寒带（6）的焊接；完成上述球罐外侧外坡口焊接后，将球罐内侧清根打磨且通过无损探伤后，焊接球罐内侧内坡口；
所述位带之间的环缝焊接方法包括：将焊工（11）围绕形成环缝的壳板（10）外侧均匀分布进行焊接施工，设定焊接初始电压和焊接初始电流/>，所有焊工（11）从对称位置的壳板（10）起弧，当所有焊工（11）焊接到相邻的壳板（10）且需要拆除横向定位块（12）或者将已完成焊接的壳板的吊装条件撤除时收弧，统计焊工（11）焊接过程的焊条消耗数量，根据焊条消耗数量得到有效焊接时间；根据焊工（11）按序统计的有效焊接时间序列映射到接触间隙在焊接过程中平均的宽度序列，根据宽度序列拟合生成接触间隙两侧位带所在的接触平面；根据宽度序列和接触平面求出两侧位带之间的空间距离曲线得到接触间隙尺寸曲线，在接触间隙尺寸曲线上找到最小间隙值/>；当拆除当前横向定位块（12）并焊接下一段接触间隙时，根据接触间隙尺寸曲线预测焊工（11）当前接触间隙，根据当前接触间隙与最小间隙值/>的倍数修正焊接初始电流/>得到焊接修正电流/>。
2.如权利要求1所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，根据宽度序列拟合生成接触间隙两侧位带所在的接触平面的方法包括：
设定固定的第一平面作为接触间隙一侧的接触平面，另一接触平面记为第二平面，第一平面上的位带环形投影记为第一环形，第二平面上的位带环形投影记为第二环形，第一环形和第二环形不平行且其圆心不具有同心关系；以第一环形圆心为坐标原点，且第一环形在平面，设第二环形圆心相对第一环形圆心的夹角向量为/>，其中/>、/>和/>分别是第二圆环相对第一圆环的/>轴、/>轴和/>轴旋转的欧拉角，第二环形圆心相对第一环形圆心的平移向量为/>；将接触间隙对应的宽度序列公式设为：
；
其中为第二圆环上任意点的向量，/>是/>对应的点在第一圆环上的垂直投影点的向量；所述宽度序列是第二圆环上的焊接位置到第一圆环的垂直距离，设宽度序列的误差函数为：
；
其中为宽度序列中第/>个元素，/>为宽度序列中元素个数，/>为宽度序列中第/>个元素在第一圆环上的点对应的向量；将宽度序列带入误差函数/>并使用梯度下降算法拟合得到夹角向量/>和平移向量/>，从而得到第二圆环的空间位置；通过第二圆环的空间位置求得其到第一圆环之间形成的接触间隙尺寸曲线。
3.如权利要求1所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>时，将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，将焊接初始电流/>调整为/>；当焊接修正电流/>超过设定的焊接最大电流/>且/>低于设定的焊接最小电流/>时，将焊接初始电流/>调整为焊接最小电流/>且焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>。
4.如权利要求3所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
当焊接修正电流计算并生效后，统计焊接下一段壳板期间焊工（11）消耗的焊条数量得到实际焊接时间，通过Z分数法得到出现实际焊接时间存在异常期间对应的焊缝，对实际焊接时间存在异常期间对应的焊缝提前进行无损探伤。
5.如权利要求4所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述焊工（11）围绕形成环缝的壳板（10）外侧均匀分布进行焊接施工时，将每个壳板对应的焊缝分为等长焊段，沿着壳板总体焊接方向进行退焊焊接，所述退焊焊接是每段焊段焊接方向和总体焊接方向相反。
6.如权利要求1所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
在球罐的壳板焊接之前，清除壳板焊接坡口两侧至少15mm范围内的球壳表面污物；所述壳板焊接坡口包括壳板外侧形成的外坡口和壳板内侧形成的内坡口，外坡口夹角50~60°，内坡口夹角55~65°，外坡口深度占壁厚的55-65%，内坡口深度占壁厚的30~45%。
7.如权利要求1所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
在壳板或者位带之间拼接时，预留焊缝的接触间隙为2~4mm；当壳板或者位带之间拼接完成后，将未焊接固定过的相邻壳板通过焊接横向定位块或者纵向定位块固定，横向定位块或者纵向定位块在壳板焊接的点焊缝长度至少10mm。
8.如权利要求1所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
将壳板或者位带之间的接触间隙通过至少两层焊层填充，每层焊层2.5~3.5mm，每层由于起弧引起的焊头位置至少错开50mm；当每层焊层焊接完毕后，将每层焊层起弧时引起的不平整焊头打磨使焊层保持平整。
9.如权利要求1所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，将球罐内侧清根打磨的方法包括：
通过碳弧气刨将壳板焊缝内侧修整出U型刨槽，刨槽槽深和槽宽保持一致，其中刨槽槽深5~6mm且槽宽12~16mm；打磨刨槽使其表面光滑无渗碳并清除刨槽内污物。
10.球形压力储罐焊接***，应用于权利要求1~9任一所述的球形压力储罐焊接方法，其特征在于，所述***包括：
接触曲线预估模块，用于设定固定的第一平面作为接触间隙一侧的接触平面，另一接触平面记为第二平面，第一平面上的位带环形投影记为第一环形，第二平面上的位带环形投影记为第二环形，第一环形和第二环形不平行且其圆心不具有同心关系；以第一环形圆心为坐标原点，且第一环形在平面，设第二环形圆心相对第一环形圆心的夹角向量为，其中/>、/>和/>分别是第二圆环相对第一圆环的/>轴、/>轴和/>轴旋转的欧拉角，第二环形圆心相对第一环形圆心的平移向量为/>；将接触间隙对应的宽度序列公式设为：
；
其中为第二圆环上任意点的向量，/>是/>对应的点在第一圆环上的垂直投影点的向量；所述宽度序列是第二圆环上的焊接位置到第一圆环的垂直距离，设宽度序列的误差函数为：
；
其中为宽度序列中第/>个元素，/>为宽度序列中元素个数，/>为宽度序列中第/>个元素在第一圆环上的点对应的向量；将宽度序列带入误差函数/>并使用梯度下降算法拟合得到夹角向量/>和平移向量/>，从而得到第二圆环的空间位置；通过第二圆环的空间位置求得其到第一圆环之间形成的接触间隙尺寸曲线；
焊接电流修正模块，用于当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>时，将焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>，将焊接初始电流/>调整为/>；当焊接修正电流超过设定的焊接最大电流/>且/>低于设定的焊接最小电流/>时，将焊接初始电流/>调整为焊接最小电流/>且焊接修正电流/>调整为焊接最大电流/>。
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