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热风炉炉壳焊接工艺探讨

发表时间：2021/4/20 来源：《城市建设》2021年3月作者：蓝瑟琴

[导读] 热风炉是钢厂高炉主要配套设备之一，一般一座高炉相应的配套3至4台热风炉，其作用是为高炉提供上千摄氏度的高温热风，炉壳工作环境比较恶劣，炉壳焊接质量决定了炉壳寿命，本文主要以某大型高炉配套热风炉焊接施工为例，阐述热风炉的焊接工艺及质量控制。

广西柳州十一冶建设有限责任公司安装工程分公司蓝瑟琴 545007

摘要：热风炉是钢厂高炉主要配套设备之一，一般一座高炉相应的配套3至4台热风炉，其作用是为高炉提供上千摄氏度的高温热风，炉壳工作环境比较恶劣，炉壳焊接质量决定了炉壳寿命，本文主要以某大型高炉配套热风炉焊接施工为例，阐述热风炉的焊接工艺及质量控制。
关键词：热风炉焊接工艺收缩量焊接参数焊接要求
        0前言
        某大型高炉工程为单座高炉配套4台热风炉，单个单个热风炉炉壳共分23带，由δ=25mm、δ=30mm、δ=36mm、δ=50mm、δ=60mm和δ=70mm厚的六种规格钢板卷制焊接而成；炉顶标高达46.875m，炉壳最大直径（内径）12080mm。热风炉炉壳设计温度为130℃，设计压力为0.55MPa，风压为0.65KN/m2。热风炉焊接质量要求高。炉壳施工中最重要的就是要保证炉壳立缝、横缝的焊接质量，以下为热风炉焊接工艺分析。
        1热风炉焊接材质
        热风炉钢板材质一般采用Q345B(GB/T1591-2008)，其力学、工艺性能和化学成分须符合GB/T1591-2008的规定。Q345B的化学成分如下表1所示，Q345B的力学性能如下表2所示。

        3热风炉质量要求
        炉壳焊接检验应符合GB50236-2011《现场设备、工艺管道焊接工程施工规范》中焊接检验的规定，焊缝外观质量达到规范中焊接质量分级标准的II级标准。
        炉壳焊缝应按JB4730进行超声无损检测，检测比例均为100%。焊接接头质量不低于I级为合格。炉底板隐藏部分及灌浆孔封板焊缝焊接完100%无损检测。
        4热风炉焊接环境要求
        当施工环境出现下列任一情况，必须采取有效措施，否则禁止施焊：手工电弧焊时风速大于8m/s；气体保护焊及药芯焊丝电弧焊风速大于2m/s。气体保护焊采用防风型大气流量气体保护喷嘴时，可上调风速限制值，但需有相关工艺试验证明；相对湿度大于90%；雨雪环境；焊件温度低于-20°C；焊件温度为（0～20）°C时，应将焊缝两侧100mm范围内预热到15°C以上。
        5热风炉焊接前组对质量要求
        焊接接头对口错边量不得大于3mm。炉壳上在焊接接头环向形成的菱角E，用弦长等于1/6焊接处内径的内样板或外样板检查，其E值不得大于5mm，在焊接接头轴向形成的菱角E，用弦长不小于300mm的直尺检查，其E值不得大于5mm。坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷，焊前应将表面氧化层、油污、熔渣等杂质清除干净。补强板覆盖的环缝应打磨至与炉壳母材齐平。
        6热风炉定位焊要求
        定位焊必须由持相应合格证书的焊工施焊，所用焊接材料应与正式施焊相同。定位焊焊缝应与最终焊缝有相同的质量要求。
        定位焊焊缝的厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，焊缝长度宜大于40mm，间距宜为（500～600）mm,并应填满弧坑。
        当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。焊缝坡口附近范围内清除油污、浮锈等污物。埋弧焊、气体保护焊范围要求为20mm；气电立焊范围要求为40mm。
        7热风炉焊接工艺
        7.1热风炉焊接方法的选择
        热风炉的焊接方式一般采用焊条电弧焊、 CO? 气体保护焊及自动焊 3 种方式，由于焊条电弧焊效率较低，焊接质量也因人而异，已较少采用。此次热风炉炉壳焊接采用气电立焊操作机进行立缝焊接，横焊埋弧自动焊操作机进行横缝焊接。
        7.2热风炉立缝焊接工艺
        立缝焊接工艺流程：清理坡口--正面焊接--探伤--验收。
        每条焊缝应一次焊完。当中断焊接时，对冷裂敏感的焊件应及时采取后热、缓冷等措施。重新施焊时，仍需按规定预热。
        立缝焊接的引弧板和引出板其材质和坡口形式应和被焊母材相同，炉壳立缝对接坡口形式如下图1所示。当采用手工电弧焊和气体保护电弧焊时，其引弧板和引出板宽度应大于50mm，长度宜为板厚的1.5倍且不小于30mm，厚度应不小于6mm；非手工电弧焊焊缝的引弧板和引出板宽度应大于80mm，长度宜为板厚的2倍且不小于100mm，厚度应不小于10mm。焊接完成后，应用火焰切割去除并修磨平整，不得用锤击法去除引弧板和引出板，立缝焊接工艺参数见下表3。
表3 立缝焊接工艺参数表

        由于立缝焊接会使炉壳收缩，所以焊接炉壳立缝需要考虑其焊接纵向变形收缩量，由于其纵向变形与焊接长度，焊接层数、焊接材料、焊接面积等因素有关，计算较为繁琐，工程中一般采用近似法计算，计算公式如下：
△L=0.667×0.2A/δ
△L －纵向收缩量     A－焊缝截面积   δ－板厚按薄的计算
比如根据板厚一般25mm钢板，每道立缝收缩量约为1.24mm；36mm钢板，每道立缝收缩量约为1.27mm。
        7.3热风炉横缝焊接工艺
        横缝焊接工艺流程：清理坡口--外口打底焊接--外口填充焊接--外口盖面焊接--内口焊缝清根--内口打底焊接--内口填充焊接--内口盖面焊接--探伤--验收。
        热风炉横缝坡口如下图3所示，横缝焊接先焊炉外侧坡口，后焊炉内侧坡口。焊接时宜采用均匀分布，对称焊接。即两名电焊工同时分道、分层施焊。每焊一层都必须对焊缝及坡口进行打磨光亮后才继续施焊，并对焊接过程中的缺陷进行检查和修补。施焊时不允许间断，对每条焊缝应连续焊完。炉内侧焊接前先对坡口进行气刨清根并打磨光亮，再进行焊接，焊接顺序与炉外侧焊接顺序相同，焊接顺序见下图2，热风炉炉壳横缝焊接工艺参数见下表4所示。

        由于横缝焊接也会使炉壳收缩，所以焊接炉壳横缝需要考虑其焊接横向变形收缩量，影响横缝对接焊缝焊接因素很多如焊缝填充金属量、根部间隙、焊接接头形式、焊缝层数等，为简化计算工程也常用经验公式如下：
△B=0.18×A/δ
△B－横向收缩量     A－焊缝截面积 δ－板厚按薄的计算
        比如根据板厚一般25mm钢板，每道横缝收缩量约为1.81mm；36mm钢板，每道横缝收缩量约为2.33mm。
        8热风炉较厚钢板焊接预热及保温处理
        热风炉炉壳预热温度一般为100℃～120℃。焊接预热采用电加热器伴随预热，预热在施焊部位背面实施。预热区在焊接坡口两侧，每侧宽度应为焊件施焊处厚度的2倍～3倍，且不应小于100mm。预热温度宜在施加预热部位的背面测量。测温点应在焊道两侧各50mm处，可用测温笔或远红外线测温仪等测温仪器具进行测温。当用火焰加热器预热时，正面测温应在加热停止后进行。
        根据接头热传导条件选择预热温度，且其他条件不变时T形接头应高于对接接头的预热温度25℃～50℃。
        层间温度控制：厚钢板焊接应控制层间温度，层间温度不得低于预热温度，并应连续施焊。
        当热风炉板厚大于50mm的炉壳，焊接后应进行后热处理。后热处理可利用电加热设备进行。后热处理温度应为200°C ～350°C, 保温时间应根据工件的板厚，按每25mm板厚不少于 0.5h确定，总保温时间不得小于lh, 达到保温时间后应缓冷至常温。
        9结束语
        综上所述，热风炉炉壳焊接质量的控制，要从多方面因素着手，既要考虑焊接方法，也要考虑焊接收缩，同时对较厚钢板的焊接位置需进行焊前预热及焊后保温处理，如此才能有效的控制热风炉的焊接质量，从而提高热风炉炉壳的使用寿命。
参考文献
[1]GB50372-2006《炼铁机械设备工程安装验收规范》
[2]GB50567-2010《炼铁工艺炉壳结构技术规范》
[3]GB/T 985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》
[4]GB/T 985.2－2008《埋弧焊的推荐坡口》
作者简介：蓝瑟琴（1983-），女，广西人，助理工程师，大专，主要从事施工技术管理工作。