轉(zhuǎn)爐托圈焊接工藝和控制措施的研究

【摘要】托圈是轉(zhuǎn)爐的重要焊接部件，而傾翻主、從動(dòng)端耳軸的焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到設(shè)備的總體質(zhì)量，同時(shí)也是設(shè)備制造中的關(guān)鍵所在。在近期我公司為天津鋼廠生產(chǎn)的100t混鐵爐中，就涉及到托圈主、從動(dòng)端耳軸的焊接問題，并列為技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。通過技術(shù)攻關(guān)，編制了合理的焊接工藝和制定了預(yù)防措施，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)操作中，把控制焊接裂紋和未熔合兩大難題作為焊接重點(diǎn)加以解決，獲得了良好的效果，一次通過無損檢測(cè)驗(yàn)收。

【關(guān)鍵詞】耳軸焊接；焊縫裂紋；未熔合；實(shí)施

1、產(chǎn)品及施焊件的概況

為天津鋼廠生產(chǎn)的100t轉(zhuǎn)爐，托圈部件重量為16000Kg，部件中心直徑Ф4680mm，因加工設(shè)備能力限制，只能對(duì)各部件加工成品后焊接。焊接要求變形控制極為嚴(yán)格，主、從動(dòng)端耳軸焊后徑向同軸度誤差為Ф0.5mm，而其中的重要部件主、從動(dòng)端耳軸直徑Ф1160mm的焊接則是控制和攻關(guān)的難點(diǎn)。此次生產(chǎn)的托圈，為首次全部采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接。

其中：①主、從動(dòng)端耳軸板為鑄鋼件，材質(zhì)為ZG20MnMo，厚度為160mm，與直徑Ф1160mm材質(zhì)為37SiMn2MoV的耳軸進(jìn)行焊接，焊接性能較差；②加工焊接的坡口為雙U型坡口，就我廠目前的焊接設(shè)備只能采CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接作業(yè)，存在焊接坡口熔合不良和易產(chǎn)生裂紋的傾向；③焊縫為封閉環(huán)型，焊縫長(zhǎng)度為3650mm，存在焊接拘束應(yīng)力大等不利因素。

2、對(duì)焊接裂紋、未融合的分析

2.1材質(zhì)分析與匹配選用焊接材料

材質(zhì)為ZG20MnMo的主、從動(dòng)端耳軸板，與直徑Ф1160mm材質(zhì)為37SiMn2MoV的耳軸進(jìn)行焊接，理論上對(duì)于屈服強(qiáng)度大于392Mpa的低合金鋼，其中碳和合金元素含量較多，其強(qiáng)度和韌性高，焊接性較差，采用低匹配焊接材料以降低焊縫的淬硬傾向，降低裂紋產(chǎn)生的幾率作為工藝的指導(dǎo)方針，故選用ER50-6Ф1.2mm焊接材料進(jìn)行焊接。

2.2采取有效措施提高焊接組織性能

焊接時(shí)主要存在淬硬傾向較大，易產(chǎn)生裂紋的問題。因此，應(yīng)注意焊前的預(yù)熱，并根據(jù)碳當(dāng)量選擇焊前預(yù)熱溫度確定在340±20℃范圍內(nèi)，確保一次組織結(jié)晶的同時(shí)，為改善二次結(jié)晶提供良好的條件，達(dá)到細(xì)化晶粒的作用，改善焊接接頭性能的目的。

采取合理有效的焊接工藝方法，降低焊接熱循環(huán)，減少焊接熱量輸入，保證接頭晶粒細(xì)化，減少合金元素的燒損，獲得優(yōu)質(zhì)的接頭，焊接工藝參數(shù)直接影響到熔池大小和結(jié)晶特，因此在施焊過程中要控制好線能量熱輸入，保證接頭具有良好韌性。

2.3控制焊接裂紋

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和焊接返修情況，此次把控制冷、熱裂紋作為控制要點(diǎn)。

2.3.1熱裂紋產(chǎn)生的原因；a）接頭存在液態(tài)薄膜或低熔點(diǎn)共晶；b）單道焊時(shí)，結(jié)晶交匯面雜質(zhì)偏析；c）焊縫凝固過程中受拉伸應(yīng)力作用；d）焊縫成形系數(shù)小。

熱裂紋的防止措施：選擇合適的工藝參數(shù)，控制成形系數(shù)，采用多層多道焊，改善一次結(jié)晶，避免中心偏析。

2.3.2冷裂紋產(chǎn)生的原因：a）焊接接頭存在組織；b）焊縫凝固過程中受拉伸應(yīng)力。

冷裂紋的防止的措施：嚴(yán)格控制氫的來源，清理好坡口處的油、銹、水；焊前預(yù)熱，焊后緩冷或采取后熱處理。

2.4控制焊接接頭的未熔合

產(chǎn)生原因：焊接電流過小，焊接速度過快，坡口角度小，坡口根部間隙窄。

預(yù)防措施：組裝時(shí)避免間隙過?。贿x用合適的電流、電壓；控制焊接速度。

3、實(shí)施操作與控制

3.1焊前預(yù)熱

將組裝好的構(gòu)件整體放入加熱爐中，加熱8小時(shí)，溫度達(dá)到要求后出爐，空冷15分鐘后，進(jìn)行焊前多點(diǎn)溫度測(cè)量，觀察預(yù)熱溫度是否滿足要求，同時(shí)查看溫度是否均勻。預(yù)熱溫度按340±20℃進(jìn)行控制。

當(dāng)加熱溫度滿足工藝要求后準(zhǔn)備實(shí)施焊接。

3.2采用CO2氣體保護(hù)焊焊接

CO2氣體保護(hù)焊有短路過渡和顆粒過渡兩種形式，效率高，電弧熱量集中、焊絲熔化快母材熔化深度大，含氫量小，焊接低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的傾向小，可以最大限度的減少裂紋的產(chǎn)生，提高效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，所以采用CO2氣體保護(hù)焊。

3.3確定焊接規(guī)范

操作中為避免出現(xiàn)未熔合，采用顆粒過度形式，結(jié)合焊接工藝規(guī)程及以往經(jīng)驗(yàn)，確定CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝參數(shù)：焊接電流控制在270～280A；焊接電壓控制在32～34V；焊接速度控制在150mm/min左右。

3.4焊接作業(yè)形式

3.4.1采用窄焊道的多道焊接，以避免底部或兩側(cè)熔合不良，因此在焊接時(shí)將焊接厚度控制在5mm以下，并采取多道焊接。

3.4.2因?yàn)槭黔h(huán)型焊縫，構(gòu)件直徑又很大，所以由四名焊工同時(shí)以同向、對(duì)稱逆時(shí)針進(jìn)行焊接，連續(xù)作業(yè)，一次焊接成型。為克服焊接拘束應(yīng)力大等不利因素，在焊接過程中特別注意起弧和收弧的每道疊壓、上層與下層的疊壓，間距為180～200mm之間，使各層的填充金屬均勻，克服收縮和環(huán)型應(yīng)力不均問題所造成應(yīng)力集中，以避免焊縫熔池凝固過程中受不均勻的拉伸應(yīng)力和徑向收縮作用產(chǎn)生裂紋。

3.5施焊過程中特別注意以下四點(diǎn)：

3.5.1為防止產(chǎn)生裂紋，施焊時(shí)采用多層多道焊接，避免中心偏析，降低拉伸應(yīng)力存在；

3.5.2在每焊接完成兩層之后，采用氣刮鏟進(jìn)行一次清渣處理，既起到消除應(yīng)力的作用又起到控制層間溫度的作用；

3.5.3為預(yù)防未熔合，在焊接時(shí)采取焊接電流控制在270～280A，焊接電壓控制在32～34V，焊接速度控制在150mm/min左右，保持均勻和一致性焊接。

3.5.4焊接完成后立即進(jìn)爐進(jìn)行后熱處理。

4、效果

通過兩組焊工近14小時(shí)的連續(xù)作業(yè)，熱處理工序完成48小時(shí)后，對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量按照GB11345-89 BI級(jí)進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，全部環(huán)型焊縫一次檢測(cè)合格，焊縫表面質(zhì)量按照J(rèn)B4730-94 II級(jí)進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

5、總結(jié)

以往我廠生產(chǎn)該同類產(chǎn)品采用手工電弧焊，生產(chǎn)費(fèi)用高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)周期由一般為三天時(shí)間。采用CO2氣體保護(hù)焊對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行施工以后，生產(chǎn)周期縮短到目前的14小時(shí)，大大地提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。該項(xiàng)焊接操作，已納入到我公司生產(chǎn)工藝操作規(guī)程中。

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