广东 佛山 528255
【摘 要】高炉炉壳的焊接量大、技术质量要求高，而业主要求的工期又短，这就迫切需要采用一种技术可靠，性能优越，效率高，费用低，环境适应能力强的焊接技术。由于药芯焊丝半自动焊具备这些特性，因此在这项工程中采用了这种焊接方法。下文阐述药芯焊丝半自动焊接技术的优越性，分析了在炉壳焊接时容易出现的一些技术问题，并采取了相应的技术措施，取得了良好的经济效益和社会效益。
【关键词】药芯焊丝半自动焊接技术；高炉炉壳；BB503钢材；应用
1、焊接方法的优点
药芯焊丝半自动焊包括药芯焊丝气体保护半自动焊和自保护药芯焊丝半自动焊。根据高炉炉壳的特点，立缝采用药芯焊丝CO2 气体保护半自动焊，横缝用自保护药芯焊丝半自动焊。这种选择基于以下优点。
1.1 药芯焊丝CO2 气体保护半自动焊
（1）熔敷效率高，为手工焊的3~ 5倍；
（2）焊接速度快，焊接效率高；
（3）飞溅小；
（4）精确的热输入控制可以减少焊接变形和烧穿；
（5）保护效果好；
（6）焊缝成形美观，焊接质量好；
（7）焊接成本较低；
（8）操作容易，焊工不需要经过太长时间的培训。
1.2 自保护药芯焊丝半自动焊
（1）抗风能力强，保护效果好，只要风速不超过11 m / s，均不需采取任何防护措施，特别适用于野外施工作业；
（2）焊丝为连续送进，焊缝接头少，可以大大减小焊接缺陷产生的倾向；
（3）焊丝熔化速度快，熔敷效率高，节约电能，其耗电量仅为手工电弧焊的1 / 6 左右；
（4）焊层较薄，脱渣性好，以大大减少清渣时间，有利于施工效率的提高；
（5）焊缝外观成形和内部质量好，抗气孔能力强，裂纹倾向小。
2 高炉焊接工艺
2.1 高炉炉壳材质
选用按宝钢标准要求生产的BB503钢，其化学成份见表1，力学性能见表2。
2.2 焊接材料
（1）选用YJ502 CO2 气保焊药芯焊丝，其化学成份见表3，力学性能见表4。
（2）选用NR - 311和NR- 311NI自保护药芯焊丝，其化学成份见表5，力学性能见表6。
（3）焊接用CO2 气体应具有出厂质量合格证。其纯度CO2 > 9917﹪。
2. 3 焊接设备
高炉炉壳半自动焊设备（LINCOLN），主要由DC600直流弧焊电力源、LN）9GMA送丝机、焊枪组成。
2.4 焊接工艺评定
由于设计、制作、安装及其它焊接变数会影响到所进行的焊接工作，诸如板材化学成分、板材表面条件（如油污及氧化皮）、板厚、预热、冷却、接缝装配、保护气体类型、气体流量及所使用的设备等变数都会影响所期待的焊接结果，特进行横焊、立焊两种位置的焊接工艺评定。根据合格工艺评定报告，编制焊接工艺规程和焊接工艺卡。并以此作为现场焊接规范参数选定的依据，要求焊工严格执行。根据现场实际依据JB4708- 20005钢制压力容器焊接工艺评定6编制工艺评定，并根据工艺评定选定焊接工艺参数。
2. 5 焊接工艺制定
（1）焊接参数选定，见表7，表8。
（2）工艺要求，推荐最低预热温度和层间温度最低值见表9。如发生裂纹则需要更高的预热温度和层间温度。
2.6 坡口检查与清理
坡口检查：按工艺卡所示检查坡口尺寸，着重检查坡口表面质量，不应有裂纹、夹渣、深凹坑和深切割槽等缺陷存在；要求间隙均匀。
2. 7 组装找正
固定卡具和定位焊的焊接，对焊工、焊条和焊接工艺的要求与正式焊接相同。每段定位焊的长度一般在200 ~300 mm，间距500~ 600 mm，视板厚、焊缝长短不同有差异，焊完后仔细检查焊道上有无裂纹，若有则清除重新施焊。
3、焊接易出现的问题及处理方法
在施焊过程中，由于焊接电弧不稳定，引起焊缝成形不良；由于药芯焊丝容易受潮引起气孔缺陷、角变形。影响因素为：电弧电压、焊接电流、气体流量、电源极性、焊接顺序。
处理方法：针对上述影响因素，对药性焊丝CO2 气体保护焊接过程中，采用较大的焊接电流应配较高的电弧电压，并保持适当的焊接速度，这样才能获得较好的焊缝成形；对焊丝应妥善保管，防止受潮；焊接过程严格执行焊接工艺顺序。
4、焊接操作要点
（1）焊前预热（对炉体采用火焰加热）。炉壳焊前预热温度按表9执行，外侧预热、内侧测温。
（2）焊前15 m in应向CO2 减压加热器通电热。调节气体流量在范围之内，将送丝机设置提前3 s送气，滞后2 s停气，使熔敷金属在熔化状态中处于气体保护。为防止收弧时高速送丝造成粘连焊道，设置3 s的返烧时间。
（3）为保证焊接过程顺利进行，搭设防风防雨篷使焊道基本处于无风状态。当局部风速过大时（> 2 m / s），应采用挡风板或挡风罩，挡风板夹于焊枪两侧，底部采用橡胶板，并由专人在焊道处测定风速，负责记录施焊环境。
（4）气体流量控制在16~ 20 L /m in范围之内，保证焊接过程中的焊缝成形；保护气体质量是影响焊缝质量的一个关键环节，使用过程当中CO2气体压力小于1MPa。若瓶内水蒸气急剧上升，在焊道易出现氢气孔，因此当CO2 气体压力小于1MPa时应及时更换。
（5）打底焊前，对于间隙超过4 mm 处，先在一侧坡口上堆焊，将间隙减小至4 mm，再进行打底焊。
（6）打底焊采用连续焊法或熄弧法焊接，视间隙大小而定，但必须保证熔透钝边。包括打底层在内的前三层必须分段退步焊，以后各层可用直通焊法。填充焊时不能过高，以填充厚度低于母材表面0.5 mm 为宜。可根据坡口情况适当摆动，保证坡口两侧熔合良好，但不能破坏坡口边缘，以保证盖面焊缝成形美观。
（7）盖面焊时焊丝的摆动以满足焊缝外观成形为目的，适当摆动电弧，以使坡口两侧母材充分熔化，减少焊缝表面缺陷，保证焊缝顺直。但摆动幅度不能过大，以免焊缝中心产生凹陷。
（8）要求按焊接工艺执行，调整好电流电压，严格控制线能量。焊接工位设置均匀分布，采用9台DC600美国林肯公司制造的多工艺可控硅直流电源和LN - 9GMA 送丝机（立缝四台，横缝五台），同速同向分段退步焊接。为确保层间温度，每一段以800~1200 mm 长度为宜。焊枪垂直于焊道中心，采用之字形运条方式，通过微调焊枪高度来保证焊丝在坡口两侧熔化均匀，避免焊偏造成未熔合处。每条焊缝应连续一次焊完，有特殊原因停焊，采取措施（即焊后采取250OC ~ 350OC的消氢处理，重新焊接前要进行120OC ~ 150OC的预热）。为防止出现裂纹，重新施焊前仔细检查，确认无裂纹后才能焊接。
（9）层间接头：每层焊缝各层焊道的起头和收尾及层间接头均应错开50 mm 以上，以分散缺陷集中点和焊接偏析，保证焊接质量。层间清理落实到位，做到自检与互检相结合。
（10）层间清理：每层焊道焊完后，打掉焊渣，仔细检查，用磨光机清除夹渣、气孔、裂纹等缺陷，以保证焊层与母材间、各焊层间熔合良好，防止产生夹渣和未熔合等缺陷。
（11）焊缝外观成形要求：焊缝余高0~ 1.6 mm，焊缝宽度以坡口每边熔化1.5~ 2 mm 为宜。
5、焊接变形的控制
由于前述几方面的原因，对高炉的焊接变形控制是比较困难的，须从辅助加固措施和焊接工艺措施两方面进行。辅助加固措施：在炉壳构件找正完毕后，为防止施焊过程中造成几何尺寸的较大变化和错边超标、角变形过大等缺陷，在立缝内侧用型钢加固；为防止焊缝向内角变形，在每带的上下口用钢丝绳、倒链、型钢、丝杠进行加固；为防止直径差超标，用型钢钢板等做成工卡具固定。
6 焊后清理和质量检验
6. 1 焊后清理
清理主要是指吊耳、马架和引弧板的割除。气割前须对与壳板焊接处预热，预热温度与焊接时相同，割后用砂轮磨平。
6.2 外观质量检查
焊工将其所焊焊缝表面的药渣及飞溅物清理干净，打上焊工钢印代号，在对其所焊焊缝自检合格的基础上，由专检员进行外观检查，按YB208 - 925冶金机械设备安装工程施工及验收规范6执行，没有咬边下垂现象，外观质量很好。
6.3 探伤要求
高炉外壳对接焊缝的内部质量检验按GB 11345- 89标准用超声波方法进行。超声波探伤一次合格率981 5%以上。
7、焊接生产成本分析
焊接生产的总成本是由焊接材料、辅助材料，人工动力消耗等诸项费用构成。药芯焊丝的熔敷效率高，焊接电流密度可达100 A /mm2，焊丝熔化速度快，生产效率比较高，约为焊条电弧焊的3- 5倍。由于电弧挺度大，可以得到较大的熔深，焊接坡口比较小，钝边高度可以增大，焊接时既节省了填充金属的用量，又可以提高焊接速度。有资料表明，药芯焊丝的综合生产成本只及焊条电弧焊接生产成本的一半。
8、结束语
根据焊接工艺的具体实施，焊后检查外观成形符合设计图纸、规范要求，内部质量检测合格率高。此焊接方法大大提高了生产效率，降低了成本，在焊接操作、焊接质量、焊接速度等方面都具有其无可比拟的优越性。因此在今后高炉炉壳现场组焊中必将得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1] 曾乐.现代焊接技术手册[M ] . 上海科学技术出版社，1993.
[2] YB 4079）91 高炉炉壳技术条件[ S ].
[3] JB 4708 - 2000钢制压力容器焊接工艺评定[ S] .
论文作者:班飞翔1,邓爱明2,邓鸿3
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第8期
论文发表时间:2016/8/25
标签：焊丝论文; 高炉论文; 气体论文; 焊接工艺论文; 电弧论文; 见表论文; 质量论文; 《低碳地产》2015年第8期论文;