热风炉焊接工艺(曲线立缝电渣焊)

1热风炉焊接工艺按260m3高炉及其四座热风炉炉壳焊接工程中，板厚大于28mm的炉壳垂直立焊缝，全部采用了管焊条熔嘴电渣焊工艺。但由于设计外形上的要求，热风炉炉体上部为曲线变径，顶部为悬链线半球形，因而存在大量曲线和“S”形曲线拼接立焊缝。在四座热风炉中，板厚大于28mm的立焊缝总长共443m，其中曲线和“S”形曲线立焊缝就有275m，占总长的65%。在直线立缝采用电焊的工艺基础上，针对曲线立焊缝的特点，采取了相应的工艺措施，做了模拟试验，制订了相应的焊接工艺，在热风炉炉壳的曲线和“S”曲线立焊缝上，实现了管焊条熔嘴电渣焊。一、热风炉炉壳焊接概况按260m3高炉共四座热风炉，设计为内燃式。炉身直径8m，上部曲线变径处的直径9.5m，全高38m。炉壳钢板的材质为SM41B，板厚分别为16、20、22、28、32、36、42mm。总重1132t。热风炉炉壳分成22带制造。曲线变径处及半球形炉顶曲面部位共五带，全部分块热压成型，拼成曲面环节。各分块间的拼接立缝，均为曲线立缝（如图1）。其中第十五带，即曲线变径部位，原设计分为两带，在两圆弧切点处分开，由一条环形焊接联接。由于在热加工时改进了加工工艺，将原设计的两带合并成一带，该带在炉体纵剖面上呈“S”形弯曲。2内弧的曲率半径为1400mm，外弧的曲率半径为3500mm，板厚42mm，垂直高度2340mm，弧长2470mm。整个环带由14个分块组成，共56条曲线立缝，总长158m。第十九带由14个分块组成，在炉体纵剖面上曲率半径为2400mm，板厚32mm，垂直高度为800mm，弧长832mm，共56条曲线立缝，总长46.6m。第二十带由12个分块组成，在炉体总剖面上的曲线形状为设计给定的悬链线，板厚28mm，垂直高度1500mm，弧长1598mm，共48条曲线立缝，总长76.7m。以上三带的曲线立缝均采用管焊条熔嘴电渣焊工艺方法焊接，其余两带曲线立缝，因板厚只有22mm，只能采用手工焊。热风炉的全部环缝均采用手工焊。二、曲线立缝电渣焊的工艺特点曲线立缝电渣焊工艺是在直线立缝电渣焊的基础上改进后形成的。所采用的焊接设备、工艺装备、焊接规范和基本工艺操作方法，与直线立缝电渣焊基本上相同，其特点如下。①由于工艺上的要求，管焊条要必须置于焊缝间隙之中。因此，焊接曲线焊缝的管焊条也必须是弯曲的，其曲率必须与所焊的曲线焊缝一致并且保证对中。由于焊条在弯曲加工上的误差，致使管焊条偏离焊缝中心，造成渣池温度不均匀，易产生未熔合等缺陷。②弯曲加工的管焊条，因药皮龟裂或脱落，造成钢管裸露，易产3生中间引弧短路容易使焊接过程中断。③弯曲的管焊条，焊丝不易顺利通过，影响焊丝按正常速度给送，甚至出现卡丝、输送轮打滑现象，使焊接工作被迫停止。④水冷结晶器工作面必须是曲面，以使结晶器与工件表面严密接触，间隙不能超过允许数值。否则会因间隙过大造成跑渣，影响电渣过程的稳定。⑤由于管焊条和工作间隙呈弯曲状，焊药粉不能顺利填入渣池，常常产生挂药现象，因此，有时不能有效地调正渣池深度，造成电渣过程不稳，焊接电压变化较大。⑥由于曲线焊缝上各点斜率不同，渣池在各点上的截面尺寸亦不相同。在焊接过程中由于渣池截面变化，需要随时调正焊接工艺参数，以保证线能量的相对均衡。三、曲线立缝电渣焊的工艺措施1、管焊条的弯曲加工①因管焊条的供货状态是直条供货。因此，焊接前必须按所焊焊缝的弯曲形状和曲率进行弯曲加工。弯曲加工的方法是首先做好弯曲样板，计算好弧长，在木垫或橡胶垫上用手工弯曲成要求的形状，最后用样板检查并调正，焊条与样板的间隙不大于2mm。加工后的焊条应在焊缝间隙中试装，要求焊条与板边或结晶器工作面不接触，间隙大于3mm。②为使管焊条在弯曲加工中药皮不致大片脱落，在加工前将焊条4进行回潮处理。处理的方法是将焊条在较潮湿的环境中或地面上放置24h。③药皮大片脱落的部分，用焊药粉和水玻璃补涂，补涂的部分涂层不能过厚，尽量与原药皮直径一致。过厚的部分用砂纸打光，补涂后进行干燥。无条件干燥时，可在焊前对焊条下部500mm左右长的一段，用乙炔火焰烘干，其余部分在焊接过程中可自行干燥。④由于管焊条在弯曲的焊缝间隙中，常常因自然下垂而改变其位置。因此，对管焊条与焊接边缘采取固定措施。固定的方法可采用钢丝绕结点焊在工件边缘上，或用钢线挂钩别在板面上，也可用临时挡铁顶住。前一种方法可在焊前进行，固定点的间距在500mm左右，后两种方法多在焊按过程中用以临时对中固定。2、水冷结晶器曲线焊缝所用的弧形结晶器，因在一般情况下构件的直径比较大，曲面的加工比较困难。为了简化加工，我们采取的方法是，在圆弧外表面结晶器加工成圆弧的，所有内圆弧表面的结晶器均采用较短的平面结晶器。为了减少圆弧结晶器的种类，可根据所焊不同曲率的焊缝，进行综合考虑。对于曲率比较接近的，即在结晶器弧长范围内，两弧弦高度差不大于2mm时，可以通用，但是只可用曲率大的代替曲率小的，这样可保证结晶器安装的稳定性，如图2所示。内表面的平结晶器的长度确定原则是：当结晶器与工件的弧形表面接触时，其弧弦高不大于2mm，如图3。图4为热风炉第十五带“S”形曲线立5缝水冷结晶器配置图。3、焊丝焊接曲线焊缝所用的焊丝直径，要比在相同情况下焊接直线缝所选用的直径小一些。比如，我们在使用ф12×4管焊条焊接直线立缝时选用的焊丝直径为ф3.2mm，焊接曲线立缝时，则改用ф3.0，焊丝端部进行倒角处理。为了提高焊丝的挺度，所用的ф3.0mm焊丝最好用ф3.2mm焊丝直接冷拔加工。4、焊药粉为焊药粉顺利填入渣池，不致产生挂药现象，在焊药粉中加入20～30%细粒431焊剂，粒度为1～1.5mm，并要筛分选净。四、单面丝极电渣焊（KES法）高炉炉壳，除炉喉三带外，其余9节共34条立焊焊缝，采用日产TM-54型自动电渣焊机，配GR-H800型焊接电源完成的。这种焊接方法与手工电弧焊法相比有劳动生产率高、焊剂消耗少，劳动条件好，节约能源，焊道质量高等优点。高炉炉壳立焊焊缝采用日本产Y-CM（ф2.4mm）镀铜焊丝，日本产YF-15焊剂。高炉炉壳立焊缝所用的电渣焊机是KES-TM54型单面线极电渣焊机。单面丝极电渣焊对施工条件有如下几点要求：①焊件装配精度要求严格，装配间隙≤5mm，装配错口≤3mm。6②前后水冷结晶器供水量要求水压大于2×105Pa；水流量大于8～12L/min，此外需保证终结晶器流出的水温不得大于45℃。③网络电压要求比较稳定。经验证明KES法施焊时，如果供电网络电压波动太大，会对焊接质量产生较大的影响，一般供电网络电压波动不得大于2～5%。我们在施焊中在网路上另加TNSTA-90/0.5油浸式自动感应调压器，使电源稳压性能达到要求。在外界条件满足上述要求后，施焊中影响电渣焊质量的主要有焊接电压、焊接电流、渣池深度3个参数。辅助焊接参数有焊丝伸出长度，电源极性等。五、强迫成型气电自动焊高炉外燃式热风炉。热风炉的蓄热室、燃烧室的全部现场气焊焊缝均采用强迫成型气电自动焊（即EG法）进行焊接。强迫成型气电自动焊接法有以下几个优点：①生产率高。可以相对地采用大电流施焊，焊接速度快。以焊32mm厚钢板为例：手工焊时，纯焊接速度是0.3m/h。用单面丝极电渣焊的速度是2.1m/h，而用强迫成型气电自动焊则是3.4m/h，为手工焊的11倍，KES法的1.6倍。②质量好。由于此法采用药芯焊丝，并加二氧化碳气体保护。双重保护使有害气体不易侵入熔池。熔渣比较薄，便于施焊工人监视施焊处，能及时调节焊接参数。它的起弧段所造成的熔合不良区段比7KES法短。EG法焊缝不易产生气孔、夹渣、末熔合等焊接缺陷。EG法施焊比KES法施焊所用线能量小，晶粒较细，焊缝冲击韧性也比其它焊法好。③劳动强度低。由于自动化程度较高，有溶池深度自动反馈装置，工人劳动强度较低，工程中使用了（日产）DAIDEN、EG-U型强迫成型气电自动气焊机，配CR-H800型电源。施焊前，焊丝要在250℃～300℃温度内烘干1h，然后在100℃～150℃的保温箱内保温待用。烘干温度不可过高，时间也不可太长，否则焊丝发软，导致送丝间断性步进，造成断弧等缺陷。强迫成型气电自动立焊机的主要焊接参数有4个：焊接电压、焊接电流、焊接速度和二氧化碳气体流量。辅助焊接规范参数有：熔池液面高度、装配间隙、错口尺寸、电源极性及冷却水流量等。这种焊法的装配精度要求组装焊缝间隙10～12mm，由于上端的黄向收缩比下端大，实际装配时，焊缝上端间隙12mm，下端间隙是10mm（焊缝全长是5m时）。焊缝的装配错口一般不得大于3mm，否则自动焊机机头爬升时，滑块与炉壳不易贴紧，易跑渣。这种焊法要求强迫供应冷却水（上、下结晶器用冷却水），冷却水流量是10～12L/min，水压是3～3.6×105Pa。这种焊法对供电网络的电压稳定性要求也比较严格，一般不应超过2～5%，我们加配了国产稳压电源加以保证，其型号TNSJA-90/0.58油浸式自动感应调压器。六、焊道热处理高炉外燃式热风炉，其蓄热室及燃烧室拱顶壳体采用日本SM41C-CF钢材。这种构件在日本曾经出现过应力腐蚀裂纹。为了预防焊缝的应力腐蚀裂纹，工艺规定必须在焊后进行焊道及热影响区的消除残余应力热处理。热风炉拱顶部分的工厂焊缝，已在制造厂进行了整体消除残余应力热处理。这就将壳体冷弯加工及焊缝拼接时所产生的残余应力作了处理，降低到许可的范围之内。而工地拼接的焊缝，则应在工地焊完之后进行局部消除残余应力退火处理。其中在工地退火焊件最大直径为ф11.66m，放长焊缝为36.6m，最高焊缝条距地面54m。高炉热风炉焊后热处理所用设备是日本退火株式会社的产品，主要有JAN-100-6型6回路程序控制退火机，JAN-200型12回路程序控制退火机及JAN-T型小型退火机。高炉热风炉拱顶的退火温度为：625℃±25℃。退火作业的恒温时间与板厚（δ）有关，其计算公式如下：t（恒温时间）≥25mm（h）退火作业时，升温速度与降温速度是根据板厚（δ）计算出来的，其公式如下：R（升、降温速度）≤200×mm25（℃/h）9在升温时，300℃以前可以自由升温，对升温速度不加限制；在降温时，温度到300℃以下，可以自由冷却。这套退火机组所用的加热元件为箱式加热器和板式加热器两种。箱式加热器附有保温层，内装有5KW与3KW的电阻丝各一组。外形尺寸900mm×600mm。厚153mm，有4个引出端子，可使用5KW，3KW或8KW等组合功率，适用于平面或大曲率面的加热。板式加热器本身不带保温层的加热元件。功率5KW，可用于整体退火或不规则元件的退火处理。焊后热处理机组有如下优点：①机动性好，适应于基建工地使用。它的最大退火机重1.6t，最小退火机仅27.5kg，可根据退火工件的大小任意组合，便于工地移动。②适应性好，工艺性能广泛。通过机组的不同，可以适应ф25mm的管口退火至ф25m的大型构件．大型球罐的退火。由于备有多种加热器，还可以适应表面带有筋板的复杂构件的退火。当某些构件既须要焊前预热．又要求焊后消氢或焊后热处理时，就可以一次装机，分段进行不同处理。③温度参数控制准确，同步性好。可以作到各测温点同步升．降温。④有利于文明施工及安全作业。