熱風爐焊接工藝(曲線立縫電渣焊)

1、熱風爐焊接工藝按 260m3 高爐及其四座熱風爐爐殼焊接工程中， 板厚大于 28mm 的爐殼垂直立焊縫， 全部采用了管焊條熔嘴電渣焊工藝。 但由于設(shè)計 外形上的要求，熱風爐爐體上部為曲線變徑，頂部為懸鏈線半球形， 因而存在大量曲線和“ S”形曲線拼接立焊縫。在四座熱風爐中，板 厚大于28mm的立焊縫總長共443m,其中曲線和“S”形曲線立焊縫 就有275m，占總長的65%。在直線立縫采用電焊的工藝基礎(chǔ)上，針 對曲線立焊縫的特點,采取了相應(yīng)的工藝措施,做了模擬試驗,制訂 了相應(yīng)的焊接工藝，在熱風爐爐殼的曲線和“ S”曲線立焊縫上，實 現(xiàn)了管焊條熔嘴電渣焊。一、熱風爐爐殼焊接概況按260m3高爐共

2、四座熱風爐，設(shè)計為內(nèi)燃式。爐身直徑 8m，上 部曲線變徑處的直徑9.5m，全高38m。爐殼鋼板的材質(zhì)為SM41B， 板厚分別為 16、20、22、28、32、36、42mm?？傊?1132t。熱風爐爐殼分成 22 帶制造。曲線變徑處及半球形爐頂曲面部位 共五帶，全部分塊熱壓成型，拼成曲面環(huán)節(jié)。各分塊間的拼接立縫， 均為曲線立縫（如圖 1）。其中第十五帶，即曲線變徑部位，原設(shè)計分為兩帶，在兩圓弧切 點處分開，由一條環(huán)形焊接聯(lián)接。由于在熱加工時改進了加工工藝， 將原設(shè)計的兩帶合并成一帶，該帶在爐體縱剖面上呈“S”形彎曲。內(nèi)弧的曲率半徑為1400mm,外弧的曲率半徑為3500mm,板厚42mm, 垂

3、直高度2340mm,弧長2470mm。整個環(huán)帶由14個分塊組成，共 56條曲線立縫,總長 158m。第十九帶由 14 個分塊組成,在爐體縱剖面上曲率半徑為2400mm，板厚32mm，垂直高度為800mm，弧長832mm，共56條 曲線立縫,總長 46.6m。第二十帶由 12 個分塊組成,在爐體總剖面上的曲線形狀為設(shè)計給定的懸鏈線，板厚 28mm,垂直高度1500mm，弧長1598mm，共48 條曲線立縫,總長 76.7m。以上三帶的曲線立縫均采用管焊條熔嘴電渣焊工藝方法焊接， 其余兩帶曲線立縫，因板厚只有22mm,只能采用手工焊。熱風爐的全 部環(huán)縫均采用手工焊。二、曲線立縫電渣焊的工藝特點 曲

4、線立縫電渣焊工藝是在直線立縫電渣焊的基礎(chǔ)上改進后形成 的。所采用的焊接設(shè)備、工藝裝備、焊接規(guī)范和基本工藝操作方法， 與直線立縫電渣焊基本上相同，其特點如下。 由于工藝上的要求，管焊條要必須置于焊縫間隙之中。因此， 焊接曲線焊縫的管焊條也必須是彎曲的， 其曲率必須與所焊的曲線焊 縫一致并且保證對中。 由于焊條在彎曲加工上的誤差， 致使管焊條偏 離焊縫中心， 造成渣池溫度不均勻， 易產(chǎn)生未熔合等缺陷。 彎曲加工的管焊條，因藥皮龜裂或脫落，造成鋼管裸露，易產(chǎn) 生中間引弧短路容易使焊接過程中斷。 彎曲的管焊條， 焊絲不易順利通過， 影響焊絲按正常速度給送， 甚至出現(xiàn)卡絲、輸送輪打滑現(xiàn)象，使焊接工作被迫

5、停止。 水冷結(jié)晶器工作面必須是曲面， 以使結(jié)晶器與工件表面嚴密接 觸，間隙不能超過允許數(shù)值。否則會因間隙過大造成跑渣，影響電渣 過程的穩(wěn)定。 由于管焊條和工作間隙呈彎曲狀，焊藥粉不能順利填入渣池， 常常產(chǎn)生掛藥現(xiàn)象，因此，有時不能有效地調(diào)正渣池深度，造成電渣 過程不穩(wěn)，焊接電壓變化較大。 由于曲線焊縫上各點斜率不同， 渣池在各點上的截面尺寸亦不 相同。在焊接過程中由于渣池截面變化， 需要隨時調(diào)正焊接工藝參數(shù)， 以保證線能量的相對均衡。三、曲線立縫電渣焊的工藝措施1、管焊條的彎曲加工 因管焊條的供貨狀態(tài)是直條供貨。 因此，焊接前必須按所焊焊 縫的彎曲形狀和曲率進行彎曲加工。 彎曲加工的方法是首先

6、做好彎曲 樣板，計算好弧長，在木墊或橡膠墊上用手工彎曲成要求的形狀，最 后用樣板檢查并調(diào)正，焊條與樣板的間隙不大于 2mm。加工后的焊 條應(yīng)在焊縫間隙中試裝， 要求焊條與板邊或結(jié)晶器工作面不接觸， 間隙大于 3mm 為使管焊條在彎曲加工中藥皮不致大片脫落， 在加工前將焊條 進行回潮處理。 處理的方法是將焊條在較潮濕的環(huán)境中或地面上放置 24h。 藥皮大片脫落的部分， 用焊藥粉和水玻璃補涂， 補涂的部分涂 層不能過厚，盡量與原藥皮直徑一致。過厚的部分用砂紙打光，補涂 后進行干燥。無條件干燥時，可在焊前對焊條下部 500mm 左右長的 一段，用乙炔火焰烘干，其余部分在焊接過程中可自行干燥。 由于管

7、焊條在彎曲的焊縫間隙中， 常常因自然下垂而改變其位 置。因此，對管焊條與焊接邊緣采取固定措施。固定的方法可采用鋼 絲繞結(jié)點焊在工件邊緣上， 或用鋼線掛鉤別在板面上， 也可用臨時擋 鐵頂住。前一種方法可在焊前進行，固定點的間距在 500mm 左右， 后兩種方法多在焊按過程中用以臨時對中固定。2、水冷結(jié)晶器 曲線焊縫所用的弧形結(jié)晶器，因在一般情況下構(gòu)件的直徑比較 大，曲面的加工比較困難。為了簡化加工，我們采取的方法是，在圓 弧外表面結(jié)晶器加工成圓弧的， 所有內(nèi)圓弧表面的結(jié)晶器均采用較短 的平面結(jié)晶器。 為了減少圓弧結(jié)晶器的種類， 可根據(jù)所焊不同曲率的 焊縫，進行綜合考慮。 對于曲率比較接近的， 即

8、在結(jié)晶器弧長范圍內(nèi)， 兩弧弦高度差不大于 2mm 時，可以通用，但是只可用曲率大的代替 曲率小的，這樣可保證結(jié)晶器安裝的穩(wěn)定性，如圖 2 所示。內(nèi)表面的 平結(jié)晶器的長度確定原則是： 當結(jié)晶器與工件的弧形表面接觸時， 其 弧弦高不大于2mm,如圖3。圖4為熱風爐第十五帶“ S”形曲線立 縫水冷結(jié)晶器配置圖。3、焊絲焊接曲線焊縫所用的焊絲直徑, 要比在相同情況下焊接直線縫所 選用的直徑小一些。比如，我們在使用 巾12X 4管焊條焊接直線立縫 時選用的焊絲直徑為 巾3.2mm,焊接曲線立縫時，則改用 巾3.0,焊絲 端部進行倒角處理。為了提高焊絲的挺度，所用的巾3.0mm焊絲最好 用巾3.2mm焊絲

9、直接冷拔加工。4、焊藥粉 為焊藥粉順利填入渣池,不致產(chǎn)生掛藥現(xiàn)象,在焊藥粉中加入2030%細粒431焊劑，粒度為11.5mm,并要篩分選凈。四、單面絲極電渣焊（ KES 法）高爐爐殼,除爐喉三帶外,其余 9 節(jié)共 34 條立焊焊縫,采用日 產(chǎn) TM-54 型自動電渣焊機, 配 GR-H800 型焊接電源完成的。這種焊接方法與手工電弧焊法相比有勞動生產(chǎn)率高、焊劑消耗 少,勞動條件好,節(jié)約能源,焊道質(zhì)量高等優(yōu)點。高爐爐殼立焊焊縫采用日本產(chǎn) Y-CM （巾2.4mm）鍍銅焊絲，日 本產(chǎn) YF-15 焊劑。高爐爐殼立焊縫所用的電渣焊機是 KES-TM54 型單面線極電渣焊機。單面絲極電渣焊對施工條件有

10、如下幾點要求： 焊件裝配精度要求嚴格，裝配間隙w 5mm,裝配錯口w 3mm。 前后水冷結(jié)晶器供水量要求水壓大于 2X 105Pa；水流量大于812L/min，此外需保證終結(jié)晶器流出的水溫不得大于 45C。 網(wǎng)絡(luò)電壓要求比較穩(wěn)定。經(jīng)驗證明 KES 法施焊時，如果供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動太大，會對焊 接質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響， 一般供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動不得大于 25%。我 們在施焊中在網(wǎng)路上另加 TNSTA-90/0.5 油浸式自動感應(yīng)調(diào)壓器，使 電源穩(wěn)壓性能達到要求。在外界條件滿足上述要求后， 施焊中影響電渣焊質(zhì)量的主要有焊 接電壓、焊接電流、渣池深度 3 個參數(shù)。輔助焊接參數(shù)有焊絲伸出長 度，電源極性等。五

11、、強迫成型氣電自動焊高爐外燃式熱風爐。 熱風爐的蓄熱室、 燃燒室的全部現(xiàn)場氣焊焊 縫均采用強迫成型氣電自動焊 （即 EG 法）進行焊接。強迫成型氣電自動焊接法有以下幾個優(yōu)點： 生產(chǎn)率高?？梢韵鄬Φ夭捎么箅娏魇┖福附铀俣瓤?。以焊32mm厚鋼板為例：手工焊時，純焊接速度是 0.3m/h。用單面絲極電 渣焊的速度是2.1m/h,而用強迫成型氣電自動焊則是 3.4m/h,為手工 焊的 11 倍， KES 法的 1.6 倍。 質(zhì)量好。由于此法采用藥芯焊絲，并加二氧化碳氣體保護。雙 重保護使有害氣體不易侵入熔池。 熔渣比較薄， 便于施焊工人監(jiān)視施 焊處，能及時調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。它的起弧段所造成的熔合不良區(qū)段

12、比 KES 法短。 EG 法焊縫不易產(chǎn)生氣孔、夾渣、末熔合等焊接缺陷。EG法施焊比KES法施焊所用線能量小，晶粒較細，焊縫沖擊韌 性也比其它焊法好。 勞動強度低。由于自動化程度較高，有溶池深度自動反饋裝置， 工人勞動強度較低，工程中使用了（日產(chǎn)） DAIDEN 、EG-U 型強迫 成型氣電自動氣焊機，配 CR-H800型電源。施焊前，焊絲要在250C300C溫度內(nèi)烘干1h,然后在100C 150C的保溫箱內(nèi)保溫待用。烘干溫度不可過高，時間也不可太長， 否則焊絲發(fā)軟，導(dǎo)致送絲間斷性步進，造成斷弧等缺陷。強迫成型氣電自動立焊機的主要焊接參數(shù)有 4個：焊接電壓、焊 接電流、焊接速度和二氧化碳氣體流量

13、。輔助焊接規(guī)范參數(shù)有：熔池 液面高度、裝配間隙、錯口尺寸、電源極性及冷卻水流量等。這種焊法的裝配精度要求組裝焊縫間隙 1012mm,由于上端的 黃向收縮比下端大，實際裝配時，焊縫上端間隙 12mm,下端間隙是 10mm （焊縫全長是5m時）。焊縫的裝配錯口一般不得大于 3mm,否則自動焊機機頭爬升時， 滑塊與爐殼不易貼緊，易跑渣。這種焊法要求強迫供應(yīng)冷卻水（上、下結(jié)晶器用冷卻水） ，冷卻 水流量是1012L/min，水壓是33.6X 105Pa。這種焊法對供電網(wǎng)絡(luò)的電壓穩(wěn)定性要求也比較嚴格， 一般不應(yīng)超 過 25%，我們加配了國產(chǎn)穩(wěn)壓電源加以保證， 其型號 TNSJA-90/0.5 油浸式自動

14、感應(yīng)調(diào)壓器。六、焊道熱處理高爐外燃式熱風爐，其蓄熱室及燃燒室拱頂殼體采用日本SM41C-CF 鋼材。這種構(gòu)件在日本曾經(jīng)出現(xiàn)過應(yīng)力腐蝕裂紋。為了預(yù) 防焊縫的應(yīng)力腐蝕裂紋， 工藝規(guī)定必須在焊后進行焊道及熱影響區(qū)的 消除殘余應(yīng)力熱處理。熱風爐拱頂部分的工廠焊縫， 已在制造廠進行了整體消除殘余應(yīng) 力熱處理。這就將殼體冷彎加工及焊縫拼接時所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力作了 處理，降低到許可的范圍之內(nèi)。而工地拼接的焊縫，則應(yīng)在工地焊完 之后進行局部消除殘余應(yīng)力退火處理。 其中在工地退火焊件最大直徑 為巾11.66m,放長焊縫為36.6m，最高焊縫條距地面 54m。高爐熱風爐焊后熱處理所用設(shè)備是日本退火株式會社的產(chǎn)品，

15、主 要有 JAN-100-6 型 6 回路程序控制退火機， JAN-200 型 12 回路程序 控制退火機及 JAN-T 型小型退火機高爐熱風爐拱頂?shù)耐嘶饻囟葹椋?25C 士 25 C。退火作業(yè)的恒溫時間與板厚（5 ）有關(guān)，其計算公式如下:t （恒溫時間）一穿（h）退火作業(yè)時，升溫速度與降溫速度是根據(jù)板厚（5）計算出來的,其公式如下：R （升、降溫速度）w 200 x（C /h）o（mm）在升溫時，300C以前可以自由升溫，對升溫速度不加限制；在 降溫時，溫度到300C以下，可以自由冷卻。這套退火機組所用的加熱元件為箱式加熱器和板式加熱器兩種。箱式加熱器附有保溫層，內(nèi)裝有 5KW與3KW的電阻絲各一組。外 形尺寸900mmx 600mm。厚153mm,有4個引出端子，可使用5KW, 3KW或8KW等組合功率，適用于平面或大曲率面的加熱。板式加熱器本身不帶保溫層的加熱元件。功率5KW，可用于整體退火或不規(guī)則元件的