中心筒焊接工藝

呂 仲，焦新平，駱新營

（長治清華機(jī)械廠，山西 長治 046012）

1 結(jié)構(gòu)簡介

中心筒是電站鍋爐空氣預(yù)熱器中的一個關(guān)鍵件和重要的受力件，產(chǎn)品外觀如圖1所示，長2 700 mm，直徑2 300 mm，質(zhì)量約7 t。主要由上端板、下端板和筒身焊接而成，整體結(jié)構(gòu)看似簡單，但是上端板、下端板由45鋼鍛造而成，厚度均超過250 mm，筒身由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼板卷制而成，厚25mm，上端板、下端板與筒身的角焊縫要求為T型全熔透結(jié)構(gòu)，100%超聲波檢測達(dá)到JB/T4730.3Ⅰ級。由于45鋼的焊接性特殊，焊后產(chǎn)生裂紋的情況時有發(fā)生。因此中心筒角焊縫質(zhì)量的好壞直接決定了中心筒質(zhì)量的好壞。

2 工藝方案選擇[1-3]

2.1 坡口和裝配方案

圖1 中心筒外觀

考慮到上、下端板與筒身組對后的焊接空間限制，只能從外側(cè)施焊，同時焊縫要求為T型全熔透結(jié)構(gòu)，擬采用單邊焊接雙面成形方法，筒身坡口采用機(jī)械加工成單邊坡口形式，如圖2所示。裝配時上、下端板與筒身預(yù)留間隙6 mm，同時為筒身定位準(zhǔn)確和成形需要，在上、下端板上點(diǎn)焊工藝撐圈以方便對接和定位。裝配后要求上、下端板與筒身的同軸度小于2 mm，如圖3所示。

2.2 預(yù)熱及層間溫度方案的確定

圖2 坡口加工

45鋼的焊接性較差，焊后易產(chǎn)生裂紋，預(yù)熱能避免產(chǎn)生焊接裂紋，必須嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度[1]，要求點(diǎn)焊和正式焊接時均需將工件預(yù)熱到100℃以上，層間溫度控制在150℃～250℃。傳統(tǒng)的火焰預(yù)熱或履帶加熱只是局部加熱、且費(fèi)時費(fèi)力，在此采用整體進(jìn)爐加熱的方式，出爐溫度控制在250℃～300℃，工件出爐后立即進(jìn)行焊接，保證工件在降到最低預(yù)熱溫度之前完成整個焊縫的焊接。

圖3 上、下端板與筒身裝配

2.3 焊接方法

利用懸臂焊機(jī)進(jìn)行埋弧焊焊接、焊條電弧焊和混合氣體保護(hù)焊。三種焊接方法優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示，三種焊接方法工藝參數(shù)如表2所示。

表1 三種焊接方法優(yōu)缺點(diǎn)比較[2]

表2 焊接工藝參數(shù)

（1）工藝方案一：懸臂焊機(jī)埋弧焊接。

利用懸臂焊機(jī)進(jìn)行埋弧焊接時，將中心筒置于支撐滾輪架上，中心筒旋轉(zhuǎn)，利用懸臂焊機(jī)進(jìn)行埋弧焊接。實(shí)際操作時，由于中心筒兩端板厚度均超過了250 mm，預(yù)熱時的出爐溫度達(dá)300℃，且中心筒需要旋轉(zhuǎn)，無法采取隔熱措施，焊工站在中心筒上方的操作臺上進(jìn)行焊接作業(yè)，操作環(huán)境非常差，無法保證焊接質(zhì)量。同時需將從中心筒從熱處理爐運(yùn)轉(zhuǎn)到支撐滾輪架上，準(zhǔn)備時間近1 h，預(yù)熱溫度將下降很多，縮短了實(shí)際焊接時間，在低于最低預(yù)熱溫度前很難完成整個焊縫的焊接，易產(chǎn)生焊接裂紋。

（2）工藝方案二：焊條電弧焊焊接。

焊條電弧焊熔深大，焊縫強(qiáng)度高，作業(yè)靈活、方便，能夠滿足要求。在實(shí)際操作時，將中心筒出爐后由四名焊工同時施焊，效率高。唯一不足之處就是清渣費(fèi)時費(fèi)力，因焊道較多，共需50多道才能焊接完成，常常因清渣不徹底，點(diǎn)狀缺陷較多。

（3）工藝方案三：混合氣體保護(hù)焊焊接。

使用混合氣體保護(hù)焊焊接，熔深大，作業(yè)靈活，不用清渣，生產(chǎn)效率高[3]，試驗(yàn)表明，采用混合氣體保護(hù)焊的焊縫性能完全滿足強(qiáng)度和使用要求。從實(shí)際操作過程來看，混合氣體保護(hù)焊準(zhǔn)備時間短，生產(chǎn)效率高，可由四名焊工同時連續(xù)焊接。在規(guī)定的溫度和時間內(nèi)能夠完成焊接，焊縫成形美觀，經(jīng)超聲波檢測，焊縫質(zhì)量也達(dá)到了JB/T4730.3Ⅰ級要求。如圖4～圖6所示。

圖4 中心筒出爐后四名焊工同時焊接

圖5 焊縫外觀

圖6 探傷合格的焊縫

[1]張文越.焊接冶金學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]李亞江.焊接材料的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]殷樹言.氣體保護(hù)焊工藝基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.