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热处理技术在转炉耳轴裂纹修复中的应用技术研究

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：梁小兰

[导读] 柳钢转炉厂4#转炉耳轴锥段产生裂纹，经探伤检测裂纹彻底消除后，进行焊接及热处理工艺进行修复，修复效果良好。

广西柳州十一冶安装公司机械结构公司梁小兰 545007

摘要:柳钢转炉厂4#转炉耳轴锥段产生裂纹，经探伤检测裂纹彻底消除后，进行焊接及热处理工艺进行修复，修复效果良好。
关键词：120t转炉；耳轴；裂纹；修复；热处理
        1工程简介
        柳钢转炉厂4#转炉耳轴段产生裂纹，经初步讨论，维修方案有两种，一种是直接更换转炉耳轴，另一种是对裂纹进行焊接修复，如果采用第一种方案，必须同步拆除转炉炉壳及炉衬、耳轴轴承座、减速机等等，工程量大，工期长，单座转炉维修至少要2个月，这将严重影响到钢厂的效益；经再三研究讨论，对转炉不拆除炉体情况下在线实施耳轴裂纹焊接修复。
        2工程特点
        该抢修施工处位于柳钢转炉厂4#转炉体（如图1）与拖圈区域内，区域空间位置狭小，存在高空作业，高温烫伤等风险，需做有效的安全防护措施。

        3目前状况
        2020年8月13日4#转炉按计划停炉检查耳轴锥段探伤检测情况如： ①北耳轴(非传动侧)锥段共11条裂纹，裂纹深度在25～48mm，长度在100～300mm。南耳轴(传动侧)锥段共5条裂纹，裂纹深度在23～65mm，长度在150～305之间。 ②裂纹主要集中在炉口朝上时耳轴的上半圈。
        4施工准备
        4.1.工器具准备
        CO2焊机4台、直流焊接4台、加热器2组、割枪三套、焊条烘干箱1套、手持砂机4台、风铲2把、电镐风镐4把，直流气刨2台、测温枪2把，其他照明用具、防坠器若干。
        4.2.辅材准备
        焊材选取原则：1.与母材的结合性好； 2.机械性能略低于母材。
        耳轴母材 37SiMn2MoV，抗拉强度 980MPa，下屈服强度 835Mpa；焊条 J807，抗拉强度 780MPa，屈服强度 690MPa；焊丝 ER80-G，抗拉强度 830MPa，屈服强度 730MPa；结论：所选焊条与焊丝符合以上焊材选取原则。
        焊条：J807，φ3.2，60kg ；焊丝：ER80-G，φ1.2，100kg ；混合气体：82%Ar+18%CO2 或 100%CO2 。
        5修复方案
        5.1.处理方法
        对4#转炉两侧耳轴裂纹进行打磨，经探伤检测裂纹彻底消除后，进行焊接修复，期间需进行焊前预热与消氢处理。
        5.2.具体实施流程
        （1）确定检修时间并通知甲乙双方人员到位，办理相关手续：《安全交底确认书》、《危险作业项目安全许可确认表》，确认甲、乙方安全监护人。
        （2）双方确认炉体停止位置，停电挂牌。
        （3）托圈上上表面搭设平台，形成作业平台，平台周围焊接护栏，然后搭设炉前平台至脚手架作业平台的走梯。
        （4）拆除耳轴上方挡渣板(厚度 50mm，高度3米，宽度1.8米，约2.5吨)，共四块，拆卸完后东面两块用倒链放下炉子下方焊接固定，西面两块用吊车（或行车）吊出放炉前平台。另外炉子与耳轴施工区域用木板隔开隔热。
        （5）钩机清理耳轴周围的料渣，打磨主轴光滑，表面探伤检测裂纹原始数据。
        （6）裂纹打磨前在裂纹两端用电钻打止裂孔，止裂孔深度为对应裂纹深度。
        （7）裂纹清除。
        5.3裂纹打磨前预热
        由于裂纹深度较深，且数量较多需碳弧气刨清根（如图2）。采用碳弧气刨的方法清理裂纹，会因碳棒含碳量高，造成耳轴材料渗碳变脆，降低耳轴的强度，且气刨时产生的温度极高，裂纹会在清理过程中不断延伸，故需在气刨前进行热处理机加热至200℃-250℃（根据耳轴周长，围绕耳轴需铺设三块加热带，包裹整圈保温棉，做到加热面积无缝隙，使之加热速度提升保温持久），保温5-6小时，避免裂纹延伸或出现新裂纹。
        为防止温度骤降，采取局部处理方式，只打开一块加热带及局部保温棉并对这块加热带断电，其余两块加热板保持电路通畅，继续加热。如发现母材裸露施工处的表面温度骤降，应立即采取火焰加温至预热要求温度后再进行清根。
        5.4裂纹打磨
        用碳弧气刨刨开裂纹，然后用手持砂轮机打磨圆滑 R10mm，开U型坡口，开口尺寸约 30mm确保焊接操作方便，深度根据裂纹深度情况定。

        5.5裂纹清根
        裂纹清根完毕后，对焊接进行打磨，经着色探伤（如图3）检测确认无裂纹，实施焊前加热。
        注意事项：裂纹必须刨干净，打磨光滑，不允许出现凹坑。

5.6焊前预热
裂纹打磨完成，经探伤无裂纹后，擦洗干净，准备包裹保温棉加热，温度维持清根前加热温度200℃--250℃，保温2-4小时，期间实时用测温仪观察加热温度（如图4），保持温度达到所需要求，再进行焊接工序。

        5.7注意事项
        保护靠近轴承端温度不能不高于 200℃（须用棉布湿水放在轴承油封面冷却），以免降低轴承的寿命。在耳轴焊接修复前，应将整个炉体和托圈中的冷却水放空。
        5.8焊材准备
        焊条经烘烤箱烘干，烘烤温度 350℃，烘烤 2 小时，焊条用保温桶盛装，随用随取。焊丝开封后检查有无生锈、损坏等。
        5.9施焊过程
        焊前清理补焊区域，将油污、锈等清理干净；采用焊条打底施焊，焊接电流：160-180A，电压：18-22V，；
        保焊填充及盖面，焊接电流：260A-280A，电压：26-28V；焊条打底焊至 1/3 后，采用气保焊盖面，多层多道焊接，注意控制层温不低于预热温度，焊接时分段施焊，注意层间清理，采用风铲对焊缝进行锤击消除应力（非常重要），焊缝接头处进行打磨处理，每焊接完一层观察焊缝有无肉眼可见缺陷，若有，应立即停止焊接，对缺陷处打磨消缺后方可继续焊接，焊后打磨焊缝圆滑，保证与锥体外形基本一致。
        5.10施焊顺序
        传动侧耳轴共 5 条缺陷，补焊时先焊接中间 1 条，再焊接剩余 2 条，打底焊接 1 /3，气体保护焊填充及盖面时也从中间向两侧施焊，直至焊完；非传动侧耳轴共 11 条缺陷，补焊时先焊中间焊缝，分别向两侧顺序施焊，打底焊接 1/3，填充及盖面焊接顺序同传动侧要求。
        5.11焊后消氢
        焊接过程中来自焊材和空气中的氢气，在高温下被分解成原子状态溶于液态金属中，焊接冷却时氢在钢中溶解度急剧下降，由于焊缝冷却快，氢来不及溢出，留在焊缝金属中，过一段时间后，会在焊缝或融合区聚集，当聚集到一定程度在焊接应力作用下导致焊缝或影响区产生延迟裂纹。
        耳轴焊接完成后，焊缝尚未冷却至在100℃以下时，进行低温热处理，加热温度在300℃--350℃，保温2-6小时，缓冷拆除加热板、保温棉后使用风镐进行锥击焊缝。
        5.12焊接修复
        对耳轴焊接修复中，作好修复过程及最终检查和验收记录，包括焊缝裂纹及补焊焊缝探伤检测记录，确保耳轴最终修复质量。
        5.13焊缝检查
        焊后经射线探伤（UT），按 GB/T11345-2013 B 级检验Ⅱ级验收，无裂纹。
        5.14三方确认
        确认人员全部撤出。送电摘牌，试车，清理现场。
        6安全措施
        (1)所有进入炉体施工必须严格按照公司断电挂牌制度实行。确认安全方可施工进入。
        (2)临边作业必须系安全带，装好防坠装置，拦好栏杆。
        (3)东西面下料口需要安装盲板隔绝物料落入炉体
        (4)每边施工必须做好专人监护，并按规范佩戴袖章。
        (5)进入耳轴区域施工要不定期测煤气，氧含量。规范填写。
        (6)所有作业人员按规范佩戴劳动防护用品。
        (7)现场配备灭火器。
        (8)炉底作业要拉好警戒线，不给人员进入。钢包车断电挂牌。
        (9)本次检修为不停产检修，作业时存在被烫伤烧伤危险。在其他转炉吊运铁水和废钢时，在吊运路线下作业人员要及时避让，在倒铁水和废钢作业时，在靠近炉口和炉台施工的人员要及时避让。
       (10)施工用电、气、水须经甲方现场负责人同意并在甲方指定的接用点，在接用时要有人监护进行。要定期检查管道氧气和乙炔接点和胶管的漏气情况，并及时处理，防止引起局部富氧爆炸。所拉至现场的氧气和乙炔要放置在指定的位置，准备好充足的灭火器。动火区域也要配备足够的灭火器。
        (11)在危险区域作明显的警戒标志，未经许可，无关人员不得进入吊装区域。在行车轨道上或者边缘施工时要做好监护。
        7结语
        转炉耳轴（母材）材质37SiMn2Mov钢是一种综合性能优良的高级调质钢，淬透性高，调质后具有高的强度和韧性。此热处理技术操作处理耳轴裂纹修复实践经验可向其他炉体及相似结构进行推广应用。
参考文献：
[1]热处理工艺质量控制规范GJB509-1988.国家科学技术工业委员会.
[2]钢结构焊接规范GB50661-2011.中国人民共和国住房与城乡建设部.
[3]无损检测渗透检测方法JB/T9218-2015.中华人民共和国工业和信息化部.
[4]焊缝无损检测GB/T3323.1-2019 .中国国家标准化管理委员会.
作者简介：梁小兰（1986-），女，广西柳州人，工程师，本科，现在主要从事施工技术、工程预结算编审和工程管理工作。