天钢3200m3高炉炉壳焊接工艺

天钢3200m3高炉炉壳焊接工艺

柳辉

柳辉（天津二十冶有限公司天津300000）

中图分类号：TG44文献标识码：A

一、前言

1.高炉本体：炉缸内半径为7550mm，炉喉内半径为5100mm，炉壁厚度为45～80mm，炉壳标高为4。755m～44。400m,材质为BB503，炉底板材质为BB41-B。F，炉底板下的支撑工字钢及防溅水槽、炉底封板材质为Q235-B。F。特点为厚度大,焊接量大。天津冬季平均最低温度在-7。3℃，冬季焊接作业应采取炉壳焊接质量保证措施(预热、缓冷、防风)。

2.焊接方法：

高炉采用CO2气体保护立缝自动焊及埋弧环缝自动焊，以上两种焊接工艺均为近年发展起来的高效率、高质量的焊接方法。

CO2气体保护立缝自动焊适用于垂直或近于垂直位置的焊接接头，焊接时，焊缝正面用水冷滑块，背面采用水冷挡块，药芯焊丝伸入焊件的水冷滑块中间，以形成溶池约束区，焊接时电弧热量熔化母材及焊材形成焊缝，熔化成份不断迭加，熔池不断上升，通过冷却水强迫成形形成焊缝。

环缝埋弧自动焊是将焊接小车及操作室悬挂在炉壳上口，通过控制悬挂机构上悬挂轮与壳体间的行走速度控制焊接速度，而焊剂的回收利用滚动托轮及真空风机自动回收。

二、技术措施

1.焊接材料(必须有合格证)

（1）手工焊时：

BB41-B。F钢的焊接采用E4315、4316焊条；Q235-B。F钢的焊接采用E4301、E4303焊条;Q345B钢的焊接采用E5016焊条；BB41-B。F钢与BB503钢焊接（炉底板与高炉炉皮焊接）时采用E4316焊条。BB503点焊时采用E5016焊条。直径Ф4mm，直径Ф5mm。焊条性能需符合国标GB/T5117-1995的规定。

（2）自动或半自动焊时

BB503钢的横焊采用H10Mn2焊丝，SJ101焊剂，直径Ф4mm；BB503钢的立焊采用DWS-43G，CO2气体保护,直径Ф1。6mm。

2.焊接设备的选择

（1）手工电弧焊

电焊机型号：YD-630SS3HG（晶闸管控制交直流两用）

产地：唐山松下产业机器有限公司

（2）自动或半自动焊

纵缝采用沈阳大学的二氧化碳气体保护电焊机(气电立焊)。

环缝采用沈阳大学的埋弧自动焊机。

3.焊接规范

（1）手工电弧焊

I（电流）=30-50d（焊条直径）

V（电压）=32-36V（手工电弧焊应采用短弧焊方法进行）

（2）自动或半自动焊

气电立焊：

电流：I=350-420A

电压：V=37V-42V

焊丝干伸长：40mm

埋弧自动焊

电流：I=350-550A

电压：V=26V-35V

焊丝干伸长：45mm

（3）电源种类直流反接

（4）焊接速度

手工电弧焊时：焊接速度由焊工的熟练程度而定，要求焊接尽可能以一定的速度均匀进行焊接。

自动或半自动焊时：

横焊400-800mm/min

立焊60-100mm/min

4.焊前准备

(1)焊口及两侧50mm内铁锈、毛刺、泥土、油污、水、冰雪应自理干净，应保持焊缝干燥。

(2)焊条使用前按产品说明书规定焙烘干燥，然后存放在100~150度的干燥箱内保存，随用随取，重要部位的焊接，焊条应放在便携式保温桶内，低氢型焊条露天作业，在常温下超过4小时应重新烘干，但重复烘干不能超过2次。低氢型焊条在常温下放置使用时，应根据施焊时空气、湿度按下表执行：

在焊接时要测量并记录天气、温度、湿度和风速，当风速超9m/s时，要采用措施再进行焊接。

厚板焊接预热处理按下表（BB503按宝钢规定）。

（预热升温应缓慢，每侧预热范围不小于板厚的3倍）

(3)焊剂在使用前按照质量证明书规定进行烘焙，其含水量不得大于0。1%,在负温度下露天进行焊接作业时,焊剂重复作用时间间隔不大于2h,超过时应重新烘焙。

(4)二氧化碳气体纯度不低于99。5%(体积比)，含水量不超过0。05%(重量比),瓶内气体压力低于1N/mm2应停止使用，在负温度下焊接时要检查瓶嘴有无冰冻堵塞现象。

(5)气电立焊使用的引弧板符合《建筑钢结构焊接技术规程》的规定：引出长度大于80mm，宽度大于80mm，长度宜为板厚的2倍且不小于100mm，厚度不小于10mm。

5.坡口要求：

a纵缝坡口要求

b环缝坡口型式与施工图要求相符

6.焊接方法：

（1）纵缝采用气电立焊时，焊接方向从下至上，焊接顺序先焊里口，后焊外口。由于设备原因，纵缝下部接引弧板，厚度与母材相同，当两带炉壳安装时，应先把纵缝焊完，再焊环缝，避免三向应力，破坏焊缝或母材。

（2）环缝采用手工电弧焊时，实施分段分层退步反向焊。

(3)当采用埋弧自动焊时，实施对称焊接。每一条焊缝应一次焊完，如有中断应清除焊接缺陷，合格后方可继续施焊，每层焊接接头应相互错开，每层焊接完毕应清除药皮飞溅。

(4)当母材双铲坡口时，正面焊完，背面用碳弧气刨清根。

(5)气电立焊焊接完成后,应用火焰切割去除引弧板,并修磨平整。不得用锤击落引弧板。

(6)定位焊必须由持相应焊工合格证的焊工施焊，所用焊接材料应与正式施焊相当。定位焊焊缝应与最终焊缝有相同的质量要求。钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊焊缝长度宜大于40mm，间距宜为500∽600mm，并应填满弧坑。定位焊预热温度应高于施焊温度。当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。

(7)多层焊(埋弧横焊和手工焊)时应连续施焊,每一焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物,发现影响焊接质量的缺陷时,应清除后方可再焊。遇到中断施焊的情况，应采取适当的后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。坡口底层焊道采用焊条手工电弧焊时宜使用不大于Φ4mm的焊条施焊，底层根部焊道的最小尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm。

(8)焊缝表面超过相应的质量验收标准时，对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷应用砂轮、铲凿、钻、铣等方法去除；对焊缝尺寸不足、咬边、弧坑未填满等缺陷进行补焊。

(9)经无损检测确定焊缝内部存在超标缺陷时应进行返修，返修应符合以下规定：

a返修前编写施工方案；b应根据无损检测确定的缺陷位置、深度，用砂轮打磨或碳弧气刨清除缺陷。缺陷为裂纹时，碳弧气刨前应在裂纹两端钻止裂孔并清除裂纹及其两端各50mm长的焊缝或母材；c返修部位要连续焊成。如中断焊接时应采取后热、保温措施，防止产生裂纹；d焊缝返修的预热温度应比同相条件下正常焊接的预热温度高；e焊缝正反面各作为一个部位，同一部位返修次数不宜超过两次。

7.环境。天津进入冬季施工的平均最低温度在-7。3℃，极端最低温度在-20。7℃，并且经常出现雾、雪、大风等天气，这就加大焊接后出现冷裂纹的机率，所以高炉系统的厚板焊接须实施焊前预热及焊后保温措施。在焊接过程中如湿度过大，应在施焊前用氧乙炔焰将焊道烤干。如果风速超过9m/小时，需搭设防风罩。

8.质量要求

（1）高炉炉壳的对接焊缝质量要求:炉壳转角处符合“钢结构施工质量验收规范”“GB50205-2001”一级焊缝标准，其余部位焊缝符合“钢结构施工质量验收规范”“GB50205-2001”二级标准。超声波探伤方法及标准应按“JB/4730-90”“锅炉和钢制压力器对接焊缝超声波探伤”中规定的Ⅱ级焊缝执行。

（2）允许偏差

a表面裂纹、表面气孔、表面夹渣，熔合性飞溅，不允许。

b咬边深度：e1≤0。5长度大于或等于焊缝全长的10%，且不大于100mm。

c表面加强高e1≤1+0。20b1但不大于5mm。

d宽度盖过每边坡口约2mm。

e表面凹陷深度:高炉e1≤0。5长度大于或等于焊缝全长的10%，且小于100mm。

f对口错边e≤0。1δ,但不大于2mm。

（3）探伤要求

超声波探伤：

a探伤检验的数量当手工焊时，抽取焊缝总长的10%，当自动焊时，抽取焊缝总长的0。05%

b检验部位：全部接头的丁字焊缝

c检验长度：每一检验的部位示意图

d超声波探伤方法及标准应按JB/4730-90《压力容器的无损检测》规定的Ⅱ级焊缝执行

9.焊接工艺

高炉因采用新钢材须做焊接工艺评定确定焊接参数，高炉、热风炉壳厚度24mm以上厚要多层焊接，多层焊时，除第一层和最后一层外，其它每层都要经过轻轻捻打，并将每一层焊缝的缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等仔细清除，然后重新补焊。每条焊缝的根部也要从背面铲去。

焊接过程中，一般先焊立缝后焊横缝。

炉缸和炉身外壳周围的水平横向缝需要两面同时焊接。按照电焊工配置的数量把整个周围分成若干焊区，而每个焊区又分成500~600mm的分段，焊接由中间的分段开始，并在各焊区同时内外两面轮流进行焊接。

炉壳焊接采用自动焊时，应将水、电、焊丝等要素检查好，防止焊接中断、造成缺陷。

10.焊接工艺评定

(1)简介：天钢3200m3高炉系统壳体焊接工程开工前，根据GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》、YBJ208-85《冶金机械设备安装工程施工及验收规范》及GB50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》中有关采用新钢材、新型焊接材料、焊接方法和焊接工艺必须进行焊接工艺评定的要求，制定焊接工艺评定方案。

(2)试验板材的确定：

试验材质：BB503（供货状态：正火）

根据以上要求确定如下试验钢材板厚:

板厚选用δ=60mm,代表板厚45~90mm(炉壳板厚45~80mm)。

（3）焊接工艺试验项目的确定：

根据GB50236-1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》要求，确定以下焊接工艺试验项目；

a外观检查---二级标准；

b无损检测---X光射线探伤（二级标准）；

c机械试验---包括拉伸试验、弯曲试验、冲击韧性试验；（试验种类与数量应符合标准要求）

d焊材的选用：

结合气电立缝自动焊工艺的特殊性，气电立焊的焊丝采用日本神户制钢的DWS-43G（50kg级），直径1.6mm，CO2气体纯度标准为CO2>99%，O2<1%,H2O<1~2g/m3。

e试件：

根据高炉壳体的焊接位置确定试验位置，包括工件的横焊位及立焊位。

为保证焊接工艺评定的顺利进行，需要壳体制造单位配合加工试验钢板，其技术要求如下：

1．试件长度1000mm，宽度300mm；

2．不同焊位试件数量分别为4组，每组2块（包括试焊）。

f焊接参数的选用：

（1）气电立焊焊接参数包括：焊接电流、电弧电压、焊丝干伸长；其试验范围确定为：

焊接电流：350~420A；

电弧电压：37~42V；

焊丝干伸长：40mm；

（2）环缝埋弧自动焊焊接参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度；根据焊道与焊层进行调整。

焊接电流：420~500A；

电弧电压：42~48V；

焊丝干伸长：45mm；

（3）手工焊接工艺参数包括：电流种类：直流反接；焊接电流170~190A（?4mm）；210~240A（?5mm）；焊接电压23~28V；

g焊前预热及后热：

焊前预热温度100-150℃，升温速度为1~1。5℃/min；焊后加热温度200~350℃，保温2~6小时。

三、结束语

施工前需根据该工艺细则先进行焊接工艺评定，然后付诸现场实施。焊接过程中严格进行质量跟踪检查，发现不合格者及时返工处理，焊接完成后采用局部电加热加锤击法消除残余应力，经检测，处理后的残余应力完全控制在规范允许范围之内，效果非常理想。自动焊的效率比手工焊提高了5-8倍。