LF型精煉爐電極中相橫臂的焊接修復(fù)工藝

劉社琴　劉俊良

LF型精煉爐電極中相橫臂的焊接修復(fù)工藝

劉社琴劉俊良

【摘要】分析了LF型精煉爐中相橫臂鋼銅復(fù)合材料的焊接性，提出相應(yīng)的修復(fù)工藝措施，有效解決了中相橫臂的滲漏問題。

1. 概述

LF型精煉爐中相橫臂是煉鋼電弧爐、鋼包精煉爐二次大電流供電系統(tǒng)——短網(wǎng)的重要組成部分之一，具有集電極支撐和向電極傳送大電流為一體的功能，是傳統(tǒng)導(dǎo)電銅管式橫臂的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其使用情況和導(dǎo)電情況直接影響了爐外精煉的質(zhì)量。中相橫臂是水冷式橫臂之一，如附圖所示。它由鋼銅復(fù)合材料制造而成的，其工作環(huán)境溫度高，且經(jīng)常過負(fù)荷運(yùn)行，生產(chǎn)時(shí)頻繁振動(dòng)。在長(zhǎng)期使用后，在上面板與側(cè)面板、下面板與側(cè)面板之間的角接接頭焊縫出現(xiàn)多處滲漏，中相橫臂滲漏容易導(dǎo)致電路短路而出現(xiàn)重大設(shè)備事故，因此，需對(duì)中相橫臂的焊接性進(jìn)行分析，并制定合理的焊接修復(fù)工藝方案。

2. 中相橫臂焊接性分析

中相橫臂是由上、下面板、側(cè)面板等組成的箱形焊接結(jié)構(gòu)，所有焊縫均為連續(xù)氣密性焊縫，檢漏試驗(yàn)水壓為0.8MPa，保壓30min不得有滲漏。上、下面板、側(cè)面板均為銅、鋼復(fù)合板，基層材料為14mm厚Q235A鋼板，覆層材料為6mm厚的純銅板。鋼與銅焊接屬異種金屬焊接，由于兩者之間的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、收縮率等方面的物理性能差異（見表1），惡化了金屬的焊接性。

由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)大，20℃時(shí)銅的導(dǎo)熱系數(shù)是鐵的7倍多，1 000℃時(shí)是鐵的11倍多，焊接時(shí)熱量迅速?gòu)募訜釁^(qū)向外傳導(dǎo)出去，使母材與填充金屬難以熔合，因此焊接是要使用大功率的熱源，焊前或焊接過程中要采取預(yù)熱措施；再由于銅的線膨脹系數(shù)和收縮率也較大，銅的線膨脹系數(shù)比鐵大15%，而收縮率比鐵大1倍以上，再加上銅的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，使焊接熱影響區(qū)寬，焊接時(shí)如工件剛度不大，又無防變形的措施，容易導(dǎo)致工件產(chǎn)生較大的變形。當(dāng)工件剛度很大時(shí)，由于變形受阻會(huì)在焊縫及熔合區(qū)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，這是鋼與銅焊接時(shí)存在的主要問題之一。針對(duì)鋼與銅的物理性能的差異，修復(fù)中相橫臂時(shí)需要制定嚴(yán)格的工藝措施。

中相橫臂

表1　銅與鐵物理性能比較

3. 中相橫臂修復(fù)的工藝措施

（1）焊前準(zhǔn)備焊接前先將焊接近縫區(qū)的油污、灰塵、水分等清理干凈，用滲透探傷檢測(cè)中

相橫臂外側(cè)角焊縫，查出裂紋位置，并作好標(biāo)識(shí)。根據(jù)焊前檢測(cè)情況，用碳弧氣刨的方法將裂紋徹底清除。碳弧氣刨時(shí)需要一人在前預(yù)熱，一人在后氣刨，預(yù)熱溫度300℃左右，氣刨完后用砂輪機(jī)打磨至露出金屬本色。

（2）焊接方法的選擇根據(jù)中相橫臂實(shí)物狀況及我單位現(xiàn)有裝備情況，焊接方法選用焊條電弧焊。

（3）焊接材料的選擇焊條電弧焊焊接鋼與銅的復(fù)合材料時(shí)，由于基層是Q235A，焊接性較好，故基層可用E4303焊條打底，填充及覆層可以采用純銅填充材料焊接。因?yàn)橛眉冦~填充材料焊接時(shí)，鋼材熔化后，F(xiàn)e過渡到焊縫中去。為了保證焊縫具有足夠高的抗裂性能，焊縫中wFe應(yīng)控制在10%～43%。如用純銅T2焊條芯焊條ECu焊接鋼銅復(fù)合板時(shí)，焊縫的成分為：wCu=55.4%，wC=0.08%，wSi=1.16%，wP=0.035%，其余為Fe。此時(shí)焊縫中wFe恰為43%左右，焊縫不產(chǎn)生裂紋，因此填充及覆層選用純銅焊條ECu來焊接，焊接前焊條按規(guī)定要求烘干，以便去除焊條中的水分。

（4）預(yù)熱由于純銅導(dǎo)熱系數(shù)大，焊接時(shí)熱量迅速?gòu)募訜釁^(qū)向外傳導(dǎo)出去，故焊前必須先進(jìn)行預(yù)熱，現(xiàn)采用局部預(yù)熱和焊接過程跟蹤加熱的方法來確保焊接過程的進(jìn)行，考慮到熱源溫度、成本等因素，選用操作簡(jiǎn)便、加熱溫度容易控制的氧丙烷火焰加熱，并采用大號(hào)割槍加熱，預(yù)熱溫度550℃。

（5）焊接當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到550℃、火焰顏色呈亮紅色時(shí)可進(jìn)行焊接，焊接時(shí)盡量使焊接位置至于平焊位置，采用多層多道焊，打底層焊兩道，用E4303焊條，φ3.2mm，焊接電流控制在80～120A。打底層焊接后用滲透探傷檢測(cè)焊縫，滲透探傷檢測(cè)合格后再進(jìn)行0.8MPa水壓試驗(yàn)，保壓30min無滲漏現(xiàn)象，即可焊接填充、蓋面層。

填充、蓋面層用純銅焊條ECu，φ5mm，第三層開始的填充層及蓋面層焊接電流可加大至180～200A，蓋面層的焊縫余高可適當(dāng)加大，最好達(dá)到5mm以上，以便焊后錘擊焊縫時(shí)為焊縫金屬延展提供余量，焊接參數(shù)如表2所示。

焊接與加熱同步進(jìn)行，兩人同時(shí)作業(yè)，一人在前加熱，一人在后焊接。焊接為了防止氧、氫等氣體侵入熔池，打底層焊接時(shí)使用短弧焊接，操作時(shí)焊條末端不要擺動(dòng)，電弧沿焊縫作直線移動(dòng)，小電流、高速焊，盡量使焊縫薄而窄。填充層焊接時(shí)，焊條可稍微作橫向擺動(dòng)，但擺動(dòng)的范圍不應(yīng)超過焊條直徑的兩倍。蓋面層的焊接，焊接電弧以直線移動(dòng)為主。每道焊縫焊接時(shí)速度要快，每層焊后應(yīng)及時(shí)清渣，層間溫度≥550℃。

（6）焊后處理為了減少焊接殘余應(yīng)力和改善接頭性能，焊后用平頭錘擊焊縫以消除焊接應(yīng)力，另外采用局部高溫加熱的方法來消除應(yīng)力，即在焊縫區(qū)用大號(hào)割槍將焊縫加熱到500℃左右，并用石棉保溫緩冷。

4. 質(zhì)量檢測(cè)

焊后先進(jìn)行外觀檢測(cè)、滲透檢測(cè)，焊縫不得有裂紋、表面氣孔及焊瘤等缺陷，外觀檢查合格后方可進(jìn)行水壓試驗(yàn)，檢漏試驗(yàn)水壓為0.8MPa，保壓30min無滲漏現(xiàn)象。

5. 結(jié)語

通過對(duì)鋼銅復(fù)合材料的焊接性分析，制定以上修復(fù)工藝方案，修復(fù)后的中相橫臂經(jīng)過煉鋼廠的使用，效果良好。實(shí)踐證明，所采用的修復(fù)工藝方案有效。

表2　焊接參數(shù)

參考文獻(xiàn)：

[1]劉云龍．袖珍焊工手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，7．

[2]姜煥中．焊接方法及設(shè)備[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981，1．

20141025

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本刊編輯部

作者簡(jiǎn)介：劉社琴等，新余鋼鐵集團(tuán)機(jī)械制造公司。