碳钢薄板厂RH炉真空室旋压封头更换、焊接方案探讨.doc

碳钢薄板厂RH炉真空室旋压封头更换、焊接方案探讨
检修工程部碳钢薄板检修作业区 杨振新
摘 要:碳钢薄板厂RH炉真空室是RH炉的主要设备之一，真空室罐体与底部旋压封头为焊接连接，在高温环境下会产生变形、开裂，真空室底部旋压封头会产生烧损，旋压封头烧损后真空室罐体仍然可以继续利用。为了节省备件费用，生产方决定采用更换真空室底部旋压封头的方法修复复真空室。本文主要研究探讨旋压封头找正及旋压封头与真空室罐体焊接的方案。
关键词: 真空室；旋压封头；找正；焊接工艺
引 言：
碳钢薄板厂RH炉真空室旋压封头在满负荷生产的情况下寿命约为一周，旋压封头烧损后真空室罐体仍然可以继续利用。如果整体采购真空室，每个真空室备件费用约10万元，而且不能重复利用真空室罐体。旋压封头采购费用约2.5万元，更换旋压封头修复真空室能节省很多备件费用。真空室底部旋压封头材质为Q245R，真空室罐体材质为20g，真空室修复焊接为普碳钢与碳素结构钢之间的异种钢焊接，因此，制定可行的真空室旋压封头焊接方案修复真空室，既能节省备件费用，有可以保证生产顺行，同时还可以为Q245R与20g焊接提供技术支持，制定焊接方案是很有必要的。
正 文：
1 旋压封头修复情况简介
1.1 情况简介
碳钢薄板厂RH炉真空室底部旋压封头依据图纸进行焊接修复，首先对旧罐体及旋压封头进行找正后做好标记，将旧的真空室底部旋压封头切除，再对新旋压封头中心进行找正，将新的旋压封头与罐体对中找正后进行焊接并进行保温处理。
1.2 处理方法
真空室底部旋压封头材质为Q245R，真空室罐体材质为20g，真空室修复焊接为普碳钢与碳素结构钢之间的异种钢焊接。
1.3 焊接材料的选用
由于Q245 R与20g为普碳钢，按照RH炉生产工艺要求，焊接选用J507焊条焊接。
2 处理前期准备
2.1 人员准备
电焊工4名，中级以上技能，有同等资质的、有效的压力容器焊接证；气焊工2名，中级以上技能；钳工（或其他工种）2名；起重工1名。
2.2 工机具准备
根据焊接工艺要求，按照表1准备工机具。
表1 工机具需求一览表
序号
工机具名称
规格/型号
数量
单位
备注
1
直流焊机
ZX7-500
2
台
备用一台
2
气割工具

2
套

3
角向磨光机
125型
2
台
备电源
4
焊条烘干箱

1
台
备电源
5
配电盘
60KW
1
个
4开关-接2个焊机、1台烤箱、2台磨光机
6
电缆绕线器
30米
1
个
磨光机电源
7
保温桶

10
个

2.3 材料准备
根据焊接工艺要求，按照表2准备材料。
表二 材料需求一览表
序号
工机具名称
规格/型号
数量
单位
备注
1
焊条
J507 /φ4
40
公斤
提前350～400℃ 烘干1～1.5小时，100℃保存
3 旋压封头焊接检修步骤
3.1 旋压封头与真空室罐体中心线找正
3.1.1 真空室罐体中心线找正
如图1所示：
1将真空室罐体按照图示置于2#工位，两侧四个耳托与托架接触。在同侧耳托上焊接或者水平放置同样长度的角钢（槽钢），角钢中点与两耳托中点重合。从角钢上中点反线坠到罐体外侧，在罐体两侧做好标记（样冲打点，标记位于需要切除的底部以上）。
2将真空室罐体按照图示置于2#工位，两侧四个耳托与托架接触。测量同侧耳托距离并确定中心点，使用石笔在罐体端面中心点做好标记；使用长度3m的槽钢至于罐体上，连接两中心点。从槽钢上反线坠到罐体里侧，在罐体距离断面2110mm的两侧做好标记（样冲打点）。
3.1.2 旋压封头中心线找正
1.将旋压封头水平倒扣于地面上，在两法兰同侧切点上焊接两角钢，角钢要伸出罐体，在角钢上水平放置或者焊接两根长度相同的角钢（使用水平仪对角钢找平）。从上方角钢与下方角钢交点的中点反线坠，在旋压封头外侧两边做好标记（样冲打点）。
2. 将旋压封头水平倒扣于地面上，测量两法兰直径最大点并使用石笔做好标记，使用长度3m的槽钢至于罐体上，连接两最大点；从槽钢上反线坠到旋压封头外侧，在罐体距离法兰490mm的两侧做好标记（样冲打点）。
3.2 旋压封头与真空室罐体焊接
使用天车将旋压封头吊起水平放置于真空室顶升台车上，开入2#工位真空罐体下方，转动旋压封头使得旋压封头上标记点与罐体标记点位于同一垂线上，使用吊线法找正后，顶升台车顶起将罐体与旋压封头对接并点焊牢固。装配好后需要三处定位焊，三处定位焊一般选择在两垂直相交直径的三个顶点上，这样可以避免外界因素引起的偏差，还可以减小焊接时局部受热引起的焊接变形。
4 焊接工艺选择
4.1 坡口加工
真空室罐体与旋压封头连接接头是对接接头，坡口开成双边V形坡口，旋压封头坡口为厂家加工，如图所示。在真空室罐体加工坡口采用氧乙炔火焰切割，由于氧乙炔切割精度小，开坡口之后需要用角磨机打磨光滑。
4.2 焊接电源种类和极性选择
焊接采用碱性焊条，因为酸性焊条熔深浅，容易出现夹渣缺陷，焊缝余高较低，难以保证焊接质量，达不到焊接工艺要求，所以Q245R和20g钢焊接采用碱性焊条，碱性焊条采用直流电源反极性接法，焊件接电源负极，焊条接电源正极的接线方法。
4.3 焊接层数选择
真空罐罐体厚20mm，旋压封头厚25mm，板厚大于等于6mm需要开坡口，坡口开成双边V形坡口，采用双面双层焊。
4.4 层间清理
每道焊缝焊接完毕，将焊缝飞溅物、焊渣等清理干净，同时检查层间温度在250℃~300℃之间，然后依同样的方法进入下一层焊接，直至焊缝饱满，焊道两侧不得有大于0.5mm的咬肉，焊缝余高控制在1～2mm之间，焊缝高度8mm。
4.5 焊条种类和焊条直径选择
Q245R和20g钢焊接采用碱性焊条，从焊缝成分稀释、熔合区性能优劣、焊接应力状态等方面来考虑，Q245R和20g钢焊接采用J507焊条，J507－碱性焊条GB型号E5016；结构钢焊条，焊缝金属抗拉强度不低于420Mpa，低氢钠型药皮，直流反接，主要用于焊接重要的低碳钢和低合金钢。
定位焊采用直径Φ3.2的J507焊条；双面双道第一层采用直径Φ3.2的J507焊条；双面双道第二层采用直径Φ4的J507焊条。（实际焊接时定位焊、双面双道第一层、双面双道第二层均采用直径Φ4的J507焊条）。
4.6 焊接电流及电弧电压选择
定位焊采用Φ3.2焊条，焊接电流在120～130A，电弧电压在21～25V；双面双道焊第一层采用Φ3.2焊条，焊接电流在100～120A，电弧电压在21～24V；双面双道焊第二层采用Φ4焊条，焊接电流在150～170A，电弧电压在23～26V。（实际焊接时定位焊、双面双道第一层、双面双道第二层均采用直径Φ4的J507焊条，焊接电流在150～170A，电弧电压在23～26V）。
4.7 焊接速度选择
双面双道第一层属于打底焊，打底焊要求底打实，以免第二层焊接时出现焊接缺陷，打底焊采用Φ3.2焊条，要求电流小速度慢，焊接速度在10～12cm/min；双面双道第二层焊采用Φ4.0焊条，在保证焊透，不出现焊接缺陷的情况下，尽量增大焊接速度，提高焊接生产效率，焊接速度在12～15cm/min。
4.8 焊缝保温
4.8.1 焊缝清理。对焊口进行打磨处理，飞溅物、焊渣、较大的凸起清理，保证焊缝表面以及焊缝与母材之间达到圆滑过度。
4.8.2 使用电热毯对焊缝进行保温，200℃以上保温12小时。
4.8.3 当温度低于200℃，自然冷却，低于150℃进入正常使用。
4.8.4 注意冷却过程中严禁使用水冷及快速冷却的方法。
4.9 焊缝检查
罐体与旋压封头焊接完毕后要对焊缝进行超声波探伤，探伤长度占总长度的50%，对焊缝交接处探伤，探伤长度不小于100mm，验收按GB/T11355-1989执行，检查结果纵焊缝为Ⅰ级合格，环形焊缝为Ⅱ级合格。
5 结束语
通过日常检修已经修复两件真空室并投入使用，修复后的性能完全达到工艺要求，同时也证明此找正、焊接方案切实可行，既节省了备件费用，又为真空室修复提供了技术支持。
参考文献
[1］王洪光主编.实用焊接工艺手册［M］北京：化学工业出版社，2010.04.01
[2］陈裕川主编. 焊接结构制造工艺实用手册［M］北京：机械工业出版社，2012.08.01