热风炉焊接工艺曲线立缝电渣焊模板.doc

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炉壳垂直立焊缝，全部采取了管焊条熔嘴电渣焊工艺。但因为设计外形上要求，热风炉炉体上部为曲线变径，顶部为悬链线半球形，所以存在大量曲线和“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65%。在直线立缝采取电焊工艺基础上，针对曲线立焊缝特点，采取了对应工艺方法，做了模拟试验，制订了对应焊接工艺，在热风炉炉壳曲线和“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，上部曲线变径处直径9.5m，全高38m。炉壳钢板材质为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，拼成曲面步骤。各分块间拼接立缝，均为曲线立缝（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。因为在热加工时改善了加工工艺，将原设计两带合并成一带，该带在炉体纵剖面上呈“S”形弯曲。内弧曲率半径为1400mm，外弧曲率半径为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，在炉体总剖面上曲线形状为设计给定悬链线，板厚28mm，垂直高度1500mm，弧长1598mm，共48条曲线立缝，总长76.7m。
以上三带曲线立缝均采取管焊条熔嘴电渣焊工艺方法焊接，其它两带曲线立缝，因板厚只有22mm，只能采取手工焊。热风炉全部环缝均采取手工焊。

二、 曲线立缝电渣焊工艺特点
曲线立缝电渣焊工艺是在直线立缝电渣焊基础上改善后形成。所采取焊接设备、工艺装备、焊接规范和基础工艺操作方法，和直线立缝电渣焊基础上相同，其特点以下。
①因为工艺上要求，管焊条要必需置于焊缝间隙之中。所以，焊接曲线焊缝管焊条也必需是弯曲，其曲率必需和所焊曲线焊缝一致而且确保对中。因为焊条在弯曲加工上误差，致使管焊条偏离焊缝中心，造成渣池温度不均匀，易产生未熔合等缺点。
②弯曲加工管焊条，因药皮龟裂或脱落，造成钢管裸露，易产生中间引弧短路轻易使焊接过程中止。
③弯曲管焊条，焊丝不易顺利经过，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需是曲面，以使结晶器和工件表面严密接触，间隙不能超出许可数值。不然会因间隙过大造成跑渣，影响电渣过程稳定。
⑤因为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，所以，有时不能有效地调正渣池深度，造成电渣过程不稳，焊接电压改变较大。
⑥因为曲线焊缝上各点斜率不一样，渣池在各点上截面尺寸亦不相同。在焊接过程中因为渣池截面改变，需要随时调正焊接工艺参数，以确保线能量相对均衡。

三、 曲线立缝电渣焊工艺方法
1、管焊条弯曲加工
①因管焊条供货状态是直条供货。所以，焊接前必需按所焊焊缝弯曲形状和曲率进行弯曲加工。弯曲加工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形状，最终用样板检验并调正，焊条和样板间隙小于2mm。加工后焊条应在焊缝间隙中试装，要求焊条和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，在加工前将焊条进行回潮处理。处理方法是将焊条在较潮湿环境中或地面上放置24h。
③药皮大片脱落部分，用焊药粉和水玻璃补涂，补涂部分涂层不能过厚，尽可能和原药皮直径一致。过厚部分用砂纸打光，补涂后进行干燥。无条件干燥时，可在焊前对焊条下部500mm左右长一段，用乙炔火焰烘干，其它部分在焊接过程中可自行干燥。
④因为管焊条在弯曲焊缝间隙中，常常因自然下垂而改变其位置。所以，对管焊条和焊接边缘采取固定方法。固定方法可采取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。前一个方法可在焊前进行，固定点间距在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
曲线焊缝所用弧形结晶器，因在通常情况下构件直径比较大，曲面加工比较困难。为了简化加工，我们采取方法是，在圆弧外表面结晶器加工成圆弧，全部内圆弧表面结晶器均采取较短平面结晶器。为了降低圆弧结晶器种类，可依据所焊不一样曲率焊缝，进行综合考虑。对于曲率比较靠近，即在结晶器弧长范围内，两弧弦高度差小于2mm时，能够通用，不过只可用曲率大替换曲率小，这么可确保结晶器安装稳定性，图2所表示。内表面平结晶器长度确定标准是：当结晶器和工件弧形表面接触时，其弧弦高小于2mm，图3。图4为热风炉第十五带“S”形曲线立缝水冷结晶器配置图。
3、焊丝
焊接曲线焊缝所用焊丝直径，要比在相同情况下焊接直线缝所选择直径小部分。比如，我们在使用ф12×4管焊条焊接直线立缝时选择焊丝直径为ф3.2mm，焊接曲线立缝时，则改用ф3.0，焊丝端部进行倒角处理。为了提升焊丝挺度，所用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，其它9节共34条立焊焊缝，采取日产TM-54型自动电渣焊机，配GR-H800型焊接电源完成。
这种焊接方法和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，节省能源，焊道质量高等优点。
高炉炉壳立焊焊缝采取日本产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以下几点要求：
①焊件装配精度要求严格，装配间隙≤5mm，装配错口≤3mm。
②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，另外需确保终止晶器流出水温不得大于45℃。
③网络电压要求比较稳定。
经验证实KES法施焊时，假如供电网络电压波动太大，会对焊接质量产生较大影响，通常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，使电源稳压性能达成要求。
在外界条件满足上述要求后，施焊中影响电渣焊质量关键有焊接电压、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。热风炉蓄热室、燃烧室全部现场气焊焊缝均采取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多个优点：
①生产率高。能够相对地采取大电流施焊，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11倍，KES法1.6倍。
②质量好。因为此法采取药芯焊丝，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，能立即调整焊接参数。它起弧段所造成熔合不良区段比KES法短。EG法焊缝不易产生气孔、夹渣、末熔合等焊接缺点。
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。因为自动化程度较高，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℃保温箱内保温待用。烘干温度不可过高，时间也不可太长，不然焊丝发软，造成送丝间断性步进，造成断弧等缺点。
强迫成型气电自动立焊机关键焊接参数有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。
这种焊法装配精度要求组装焊缝间隙10～12mm，因为上端黄向收缩比下端大，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）。
焊缝装配错口通常不得大于3mm，不然自动焊机机头爬升时，滑块和炉壳不易贴紧，易跑渣。
这种焊法要求强迫供给冷却水（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电压稳定性要求也比较严格，通常不应超出2～5%，我们加配了国产稳压电源加以确保，其型号TNSJA-90/0.5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取日本SM41C-CF钢材。这种构件在日本曾经出现过应力腐蚀裂纹。为了预防焊缝应力腐蚀裂纹，工艺要求必需在焊后进行焊道及热影响区消除残余应力热处理。
热风炉拱顶部分工厂焊缝，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残余应力作了处理，降低到许可范围之内。而工地拼接焊缝，则应在工地焊完以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产品，关键有JAN-100-6型6回旅程序控制退火机，JAN-200型12回旅程序控制退火机及JAN-T型小型退火机。
高炉热风炉拱顶退火温度为：625℃±25℃。
退火作业恒温时间和板厚（δ）相关，其计算公式以下：
t（恒温时间）≥（h）
退火作业时，升温速度和降温速度是依据板厚（δ）计算出来，其公式以下：
R（升、降温速度）≤200×（℃/h）
在升温时，300℃以前能够自由升温，对升温速度不加限制；在降温时，温度到300℃以下，能够自由冷却。
这套退火机组所用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和3KW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，适适用于平面或大曲率面加热。
板式加热器本身不带保温层加热元件。功率5KW，可用于整体退火或不规则元件退火处理。
焊后热处理机组有以下优点：
①机动性好，适应于基建工地使用。它最大退火机重1.6t，最小退火机仅27.5kg，可依据退火工件大小任意组合，便于工地移动。
②适应性好，工艺性能广泛。经过机组不一样，能够适应ф25mm管口退火至ф25m大型构件．大型球罐退火。因为备有多个加热器，还能够适应表面带有筋板复杂构件退火。当一些构件既须要焊前预热．又要求焊后消氢或焊后热处理时，就能够一次装机，分段进行不一样处理。
③温度参数控制正确，同时性好。能够作到各测温点同时升．降温。
④有利于文明施工及安全作业。