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

2、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。内弧的曲率半径为1400mm,外弧的曲率半径为3500mm,板厚42mm, 垂

3、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

4、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。 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。 弯曲加工的管焊条，因药皮龟裂或脱落，造成钢管裸露，易产 生中间引弧短路容易使焊接过程中断。 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

5、停止。 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。 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。 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 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

6、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 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。 处理的方法是将焊条在较潮湿的环境中或地面上放置 24h。 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。 由于管

7、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

8、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 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 巾12X 4管焊条焊接直线立缝 时选用的焊丝直径为 巾3.2mm,焊接曲线立缝时，则改用 巾3.0,焊丝 端部进行倒角处理。为了提高焊丝的挺度，所用的巾3.0mm焊丝最好 用巾3.2mm焊丝

9、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2030%细粒431焊剂，粒度为11.5mm,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 （巾2.4mm）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

10、如下几点要求： 焊件装配精度要求严格，装配间隙w 5mm,装配错口w 3mm。 前后水冷结晶器供水量要求水压大于 2X 105Pa；水流量大于812L/min，此外需保证终结晶器流出的水温不得大于 45C。 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 25%。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

11、、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： 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。 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

12、比 KES 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。 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250C300C温度内烘干1h,然后在100C 150C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

13、。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 1012mm,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1012L/min，水压是33.6X 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 25%，我们加配了国产稳压电源加以保证， 其型号 TNSJA-90/0.5 油浸式自动

14、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 为巾11.66m,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，

15、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：625C 士 25 C。退火作业的恒温时间与板厚（5 ）有关，其计算公式如下:t （恒温时间）一穿（h）退火作业时，升温速度与降温速度是根据板厚（5）计算出来的,其公式如下：R （升、降温速度）w 200 x（C /h）o（mm）在升温时，300C以前可以自由升温，对升温速度不加限制；在 降温时，温度到300C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900mmx 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