30萬M3高爐煤氣柜主要部件的焊接

李 軼，范超越

(中國十九冶集團(tuán)有限公司 煤氣柜工程分公司，四川 成都 611730）

1 項(xiàng)目的質(zhì)保體系和管理

重鋼環(huán)保搬遷30萬m3高爐煤氣柜是目前國內(nèi)所有的煤氣柜中容量最大的一個類型。在公司領(lǐng)導(dǎo)下，調(diào)集一批懂技術(shù)，會管理、有經(jīng)驗(yàn)并參加過攀鋼12萬m3曼型氣柜，武鋼10、12萬m3曼型柜，酒鋼16.5萬m3新型高爐煤氣柜等各種煤氣柜施工的工程技術(shù)人員和管理人員，成立中國十九冶重鋼煤氣柜工程項(xiàng)目經(jīng)理部，直接領(lǐng)導(dǎo)和管理本工程，實(shí)行項(xiàng)目法管理。

項(xiàng)目部管理體系為：項(xiàng)目經(jīng)理—總工兼質(zhì)量代表—施工經(jīng)理—作業(yè)層班組。管理上進(jìn)行了以下幾個方面的工作：

（1）根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況與總包方一起成立了三級質(zhì)保體系。

（2）抽調(diào)全公司優(yōu)秀焊工進(jìn)行摸底、考試、焊前培訓(xùn)。

（3）根據(jù)現(xiàn)場焊接條件、焊接材料、焊接環(huán)境和焊接設(shè)備進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊的立向下焊焊接試驗(yàn)，并進(jìn)行焊接工藝評定試驗(yàn)，以確定焊接工藝參數(shù)和焊縫的機(jī)械性能。

（4）該煤氣柜的側(cè)板和活塞板均選用Q235B鋼材，為了保證焊接質(zhì)量，先模擬現(xiàn)場的施焊條件做焊接工藝性能評定試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上編制焊接工藝指導(dǎo)書。

⑤根據(jù)焊接工藝評定報(bào)告對作業(yè)層進(jìn)行詳細(xì)的焊接技術(shù)交底。

⑥及時跟蹤檢查焊接質(zhì)量，并根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整焊接工藝。

⑦組織施工、技術(shù)、材料等有關(guān)部門負(fù)責(zé)人和技術(shù)人員，從人員、設(shè)備、材料、工藝方法、工作環(huán)境（即4M1E）五個方面分析不合格原因，找出糾正措施，形成糾正措施建議。

2 煤氣柜焊接要點(diǎn)

重慶鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司環(huán)保搬遷30萬m3高爐煤氣柜主要由59帶側(cè)板和32組立柱共同組成一個圓形的新型煤氣柜結(jié)構(gòu)。每帶32塊側(cè)板，四組防回轉(zhuǎn)立柱，28組一般立柱。煤氣柜側(cè)板結(jié)構(gòu)為側(cè)板與T型鋼焊接組成的結(jié)構(gòu)單元，共有22種不同類型的側(cè)板結(jié)構(gòu)；側(cè)板安裝接頭型式為V型坡口加襯墊的對接接頭，外側(cè)為T型接頭的角焊縫，其中防回轉(zhuǎn)立柱為內(nèi)外角焊縫。

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸和焊接量

2.1.1 結(jié)構(gòu)尺寸

防回轉(zhuǎn)立柱規(guī)格 H525×300×112×20(30)，材質(zhì)Q235-B；一般立柱規(guī)格 H488×300×11×18，材質(zhì)Q235-B；T 型鋼規(guī)格 T122×175×7×11，材質(zhì) Q235-B；側(cè)板尺寸規(guī)格約6 300×1 800，材質(zhì)Q235-B。

2.1.2 焊接量

（1）每個側(cè)板單元的焊接量如表1所示。

表1 每個側(cè)板單元的焊接量

（2）焊接側(cè)板結(jié)構(gòu)單元的工程量約為34 000 m。

2.2 焊接施工特點(diǎn)

（1）焊接質(zhì)量要求高，焊縫有氣密性要求；（2）結(jié)構(gòu)精度要求高；（3）焊縫多為立、橫焊，對焊工技能要求高；（4）施工期緊，且遭遇冬雨季現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

2.3 焊接節(jié)點(diǎn)

焊接節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

2.4 焊接流程

焊接流程如圖2所示。

圖1 焊接節(jié)點(diǎn)

2.5 正式焊接

（1）焊接材料。

①CO2焊采用H08Mn2SiA焊絲，直徑φ1.2 mm。

②使用的CO2氣體純度應(yīng)滿足焊接要求，焊接前保持干燥。

③焊條電弧焊焊接時，碳素鋼和碳素鋼焊接、碳素鋼和低合金鋼焊接采用J426或J427；低合金鋼和低合金鋼焊接采用J506或J507。

（2）焊前準(zhǔn)備。

①焊接坡口。

圖2 焊接流程

a.焊接坡口按照圖紙尺寸采用機(jī)械加工的方法開制；b.焊接接頭組對時，焊接坡口保持平整，坡口間隙、錯邊量、棱角度、結(jié)構(gòu)尺寸均應(yīng)符合圖紙要求；c.應(yīng)將坡口表面及兩側(cè)10 mm內(nèi)的水、鐵銹、油污、積渣和其他有害雜質(zhì)清理干凈；d.焊接前使用的焊條按說明書要求烘干。

（3）焊接工藝參數(shù)如表2～表4所示。

（4）焊接環(huán)境。

①焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時，須采取有效防護(hù)措施：氣保護(hù)焊時風(fēng)速大于2 m/s，焊條電弧焊時風(fēng)速大于10 m/s；雨雪環(huán)境；焊件溫度低于-10℃。

②當(dāng)焊件溫度為-10℃～0℃時，在始焊處100mm范圍內(nèi)采用氧乙炔焰預(yù)熱到15℃以上。

表2 內(nèi)側(cè)焊縫焊條電弧焊工藝參數(shù)

表3 內(nèi)側(cè)焊縫CO2焊工藝參數(shù)

表4 外側(cè)焊縫焊條電弧焊工藝參數(shù)

（5）焊接操作紀(jì)律。

①必須在坡口內(nèi)引弧，禁止在非焊接部位引??；②防止地線、電纜線、焊鉗與結(jié)構(gòu)打弧；③多層焊的各焊層間的接頭應(yīng)錯開，接弧處要焊透與熔合；④每條焊縫盡可能一次焊完。

（6）焊接順序及防焊接變形措施。

①為保證煤氣柜側(cè)板的安裝精度，首先控制側(cè)板的制作質(zhì)量：側(cè)板結(jié)構(gòu)單元是T型鋼與側(cè)板組合的，通過控制弦長和弦高保證其精度。T型鋼與側(cè)板在制作時必須控制在弦高方向的反變形量、安裝后的焊接收縮量及溫度對制作和安裝的影響。其焊接預(yù)留收縮量為

式中 L為安裝控制弦長；L1為計(jì)算弦長；S為焊縫收縮量，S=K（A/t）[A為焊縫橫截面積，t為焊縫的近似厚度，K為焊縫收縮系數(shù)]。

制作和安裝過程中要實(shí)際驗(yàn)證取得焊縫的收縮系數(shù)、反變形量和溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響值。在施工下一個結(jié)構(gòu)單元時進(jìn)行調(diào)整，避免累計(jì)誤差，確保側(cè)板制作與安裝精度。

②側(cè)板與T型鋼的制作必須在特制的弧形工裝（母胎）上進(jìn)行組對、調(diào)整、焊接。側(cè)板與T型鋼貼合嚴(yán)密后，用弧形公胎與母胎夾緊側(cè)板，由兩名焊工從中間向兩邊分段對稱退焊。經(jīng)檢查合格后，以5~8塊的數(shù)量放置在弧形產(chǎn)品架上待安裝。

③安裝前，根據(jù)測量立柱與立柱之間的開襠尺寸選配側(cè)板。側(cè)板在安裝時要杜絕強(qiáng)力就位，安裝前要測量柱間距和對角線。

④側(cè)板結(jié)構(gòu)單元安裝找正時利用安裝螺栓輔助找正，側(cè)板與T型鋼之間必須貼合嚴(yán)密，并調(diào)整側(cè)板與側(cè)板之間的焊接間隙，滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸后更換安裝螺栓，焊接銷釘，銷釘塞埋深度大于等于2 mm，其塞焊保證熔合良好不泄露。此時利用10 t的千斤頂支撐待焊部位，同時焊接立柱與T型鋼之間連接的加勁板。焊接支撐的拆除要在內(nèi)外焊縫焊接完、焊縫已冷卻后進(jìn)行。

⑤氣柜結(jié)構(gòu)焊接順序的基本原則：

a.氣柜按圓周方向劃分為八等份，對稱布置焊接區(qū)域，對稱同時焊接。

b.先焊接柜內(nèi)焊縫，再焊接柜外焊縫。

c.先焊接柜內(nèi)立焊縫，再焊接柜內(nèi)環(huán)焊縫。

d.先焊接柜外立焊縫，再焊接柜外橫焊縫；側(cè)板T加勁與立柱的加勁板的焊接要留在最后進(jìn)行。

e.采用小電流，快焊速，分段對稱退焊；當(dāng)采用較大電流焊接時，與之配合的焊接速度必須是較快的，其焊接線能量不能超過評定的合格值。

⑥按煤氣柜圓筒形的結(jié)構(gòu)形式，對稱劃分焊接區(qū)域，對稱同時焊接立焊縫。焊接的每一條立焊縫按400~500 mm長度分段退焊。此時結(jié)構(gòu)的拘束度較小，能有效減少與控制結(jié)構(gòu)的焊接內(nèi)應(yīng)力和焊接變形。立焊縫的焊接采用CO2焊，內(nèi)側(cè)從下向上焊，外側(cè)從上向下焊。

⑦立焊縫焊接結(jié)束后才能焊接橫焊縫。橫焊縫從中間向兩端以兩個相間螺栓間距長度分段間隔、退焊或兩名焊工同時采用相同的焊接參數(shù)分段對稱焊。此時每條焊縫所引起的焊接變形可以相互抵消。內(nèi)側(cè)橫焊縫的焊接采用CO2焊。

⑧柜內(nèi)焊縫焊接完畢后，才能焊接柜外焊縫。先焊接立焊縫，由兩名焊工同時對稱采用CO2，向下立焊。焊接防回轉(zhuǎn)立柱處時尤其要注意，立焊縫一定要熔合良好。橫焊縫從中間向兩端以兩個螺栓間距長度分段間隔、退焊或兩名焊工同時分段對稱退焊。柜外橫焊縫的焊腳尺寸不得超過4 mm。結(jié)構(gòu)的四個端角一方面要熔合良好，另一方面要保證足夠的焊腳尺寸。橫角焊兩種焊接方法任選一種，如圖3所示。

圖3 橫角焊

⑨焊接順序如圖4所示。

⑩焊接操作順序如圖5所示。

2.6 焊接檢驗(yàn)

（1）焊接完的內(nèi)部焊縫打磨與側(cè)板平整，防回轉(zhuǎn)立柱處焊縫也應(yīng)按工藝要求打磨。內(nèi)部焊縫咬邊深度不大于0.5 mm，連續(xù)長度兩邊不超過該條焊縫長度的10%。

（2）內(nèi)部焊縫焊后進(jìn)行UT檢測：立焊縫100%檢查，Ⅱ級合格；橫焊縫20%抽查，Ⅲ級合格。

（3）外部焊縫表面不得有裂紋、未熔合、未焊透、表面氣孔、表面夾渣、焊瘤；焊腳尺寸符合圖紙要求；外部焊縫咬邊深度不大于0.5 mm，連續(xù)長度兩邊不超過該條焊縫長度的15%。

3 焊接技術(shù)小結(jié)及新技術(shù)應(yīng)用

（1）對于煤氣柜這類薄壁鋼結(jié)構(gòu)，采用CO2氣體保護(hù)焊有如下特點(diǎn)：成本相對低廉，生產(chǎn)效率高，焊接電流密度大，焊絲熔化率高，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊接變形小，焊后打磨量相對小，但焊接成形不夠美觀。

（2）考慮減小焊接變形和焊接應(yīng)力的措施。

①焊縫形式設(shè)計(jì)要合理，在低溫和風(fēng)大的情況下，焊接工序要選擇合適的預(yù)熱溫度與焊后熱控制以及防風(fēng)措施，并嚴(yán)格控制焊接順序。

②焊接位置合理安排，盡可能使焊縫對稱；焊縫尺寸要?。缓缚p不宜集中，數(shù)量要少；多層焊的各焊層間的接頭應(yīng)錯開，接弧處要焊透與熔合。

圖4 側(cè)板焊接順序

圖5 焊接操作順序

③工藝上采取合理的焊接順序：如底板、活塞板、柜頂板焊接要以柜中心對稱布置8個焊接區(qū)域，16名焊工對稱同時焊接；按煤氣柜圓筒形的結(jié)構(gòu)形式，對稱劃分焊接區(qū)域，對稱同時焊接立焊縫。并且焊接的每一條立焊縫按400~500 mm分段退焊。此時結(jié)構(gòu)的拘束度較小，能有效減少與控制結(jié)構(gòu)的焊接內(nèi)應(yīng)力和焊接變形。立焊縫的焊接采用CO2焊，向下立焊。立焊縫焊接結(jié)束后，才能焊接橫焊縫。橫焊縫從中間向兩端分段間隔、退焊或兩名焊工同時采用相同的焊接參數(shù)分段對稱焊。此時,每條焊縫所引起的焊接變形可以相互抵消。角鋼焊縫焊接完畢后，才能焊接側(cè)板焊縫。先焊接立焊縫，由兩名焊工同時對稱采用CO2焊，向上立焊。焊接操作時以300 mm分段間隔、退焊。橫焊縫從中間向兩端分段間隔、退焊或兩名焊工同時分段對稱退焊。柜外橫焊縫的焊腳尺寸不得超過4 mm。結(jié)構(gòu)的四個端角一方面要熔合良好，另一方面要保證逐夠的焊腳尺寸。橫角焊兩種焊接方法任選一種。

④采取反變形措施：

a.剛性固接法。在焊縫兩側(cè)放置一些壓塊。

b.錘擊焊縫。用圓頭錘子或風(fēng)鏟沿焊縫依次捶擊或敲擊，捶擊時力量適中，使焊縫周圍2 mm內(nèi)受到影響。通過捶擊或敲擊焊縫可以使焊縫得到延伸，從而降低焊接殘余應(yīng)力，減少變形。

c.選擇合理的焊接工藝參數(shù)。盡可能采用小電流快速焊接，減少熱輸入，從而減少變形。

d.適當(dāng)改變焊接方向。一般采用跳焊法和分段退焊法來減少焊接變形。