高爐爐頂法蘭裂紋修復工藝

胡　巍(中國十七冶集團有限公司　安徽馬鞍山　243000)

高爐爐頂法蘭裂紋修復工藝

胡巍(中國十七冶集團有限公司安徽馬鞍山243000)

摘要：工程當中很多金屬材料都要求在焊接前、后對焊縫進行熱處理，焊接熱處理技術日益成熟的今天不斷地在向智能化、自動化發(fā)展，但同樣也是多樣化的，我們需要對其進行深入的了解才能選擇合適的技術手段，本文以某鋼鐵廠高爐爐頂法蘭冷裂紋修復為例對焊接熱處理技術的理解與總結。

關鍵詞：高爐爐頂法蘭；焊接；熱處理；探傷

熱處理實際上就是對固態(tài)金屬或合金采用適當方式加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結構與性能的加工方法，大體可分為整體熱處理、表面熱處理、化學熱處理三大類工藝，其中整體熱處理又分為退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。材料在焊接后為何要進行熱處理呢，原因就在于伴隨焊接施工必然會產(chǎn)生殘余應力，焊接殘余應力是由于焊接引起焊件不均勻的溫度分布，焊縫金屬的熱脹冷縮等原因造成的，要消除殘余應力的最通用的方法是高溫回火，即將焊件放在熱處理爐內(nèi)加熱到一定溫度和保溫一定時間，利用材料在高溫下屈服極限的降低，使內(nèi)應力高的地方產(chǎn)生塑性流動，彈性變形逐漸減少，塑性變形逐漸增加而使應力降低。

1工程概況

某鋼鐵廠1080 m3高爐爐頂鋼圈在組裝焊接時，爐頂鋼圈與高爐爐殼連接處焊縫出現(xiàn)裂紋，經(jīng)現(xiàn)場返修，仍不能全部清除。而母材已多次受熱，再次返修時需制定嚴格的焊接和熱處理工藝，以確保返修焊接成功。

我們調(diào)閱爐頂法蘭的圖紙：高爐爐殼材質(zhì)為Q345-C厚度為60 mm，爐頂鋼圈材質(zhì)為Q345-A厚度為60 mm，接口形式如圖1：

單面坡口，爐殼內(nèi)側坡口焊接，外側碳弧氣刨清根。

2焊接返修程序

1.為防止氣刨清除缺陷時引起其它未裂部位焊縫開裂，先對整圈焊縫進行退火處理，消除焊接殘余應力。

2.用超聲波探傷輔以磁粉探傷界定裂紋走向和位置。

3.用碳弧氣刨清除裂紋。

4. 采用履帶式電加熱器進行焊前預熱，預熱溫度為200 ℃。

5.焊接修復

6.退火處理

7.超聲波探傷

3焊接返修的主要措施

1.焊接裂紋分布在焊縫根部靠爐頂法蘭內(nèi)側，往爐頂法蘭母材內(nèi)側延伸，裂口有金屬光澤，焊縫靠近爐頂法蘭側咬肉嚴重，整個焊縫有焊條手工電弧焊焊接，也有CO2氣體保護焊焊接。使用的焊條未按規(guī)定進行嚴格的烘干，未使用保溫桶；焊接方向不一致，沒有一次性焊完；坡口及焊縫區(qū)域兩側未清理，致使焊縫中氫含量過高；焊工水平不高，焊縫咬肉嚴重。綜合各方面情況，最終判定裂紋為冷裂紋。

2.當時天氣溫度在30℃-35℃之間，焊接前未對焊縫進行預熱，而且焊縫未連續(xù)焊接，致使焊縫局部地區(qū)溫度急驟升高，產(chǎn)生溫度差，形成溫度應力。整個焊接過程都是使用焊條直徑為5 mm的焊條，晶粒粗大，沖擊韌性也低，經(jīng)上所述，我們特制定以下返修操作方案：

2.1采用碳弧氣刨將整個裂縫處全部刨完

碳棒為?8 mm(使用前碳棒干燥到100 ℃-150 ℃)，氣體壓力在0.4 MPa-0.8 MPa之間,配直流焊機ZX7-500，氣刨電流為400A-450A，由經(jīng)驗豐富的高級焊工操作，清理完的坡口滲碳層要清理干凈。

2.1.1由于爐頂法蘭作為整個無料鐘爐頂?shù)牡谝徊糠诌M行安裝，此法蘭的密封面將被用作以后安裝所有其他部件的基準面，故應嚴格控制焊接變形。

2.1.2在完成焊接之后，在整個法蘭直徑上測得的水平面上的驗收水平度差為0.85 mm；法蘭圓周120°距離法蘭表面上的嚴重波浪應不超過土0.3 mm；法蘭圓周120°距離法蘭表面上的短波浪應不超過土0.20 mm。

2.1.3考慮返修焊縫對整個焊縫的殘余變形控制難度較大。因此在爐頂法蘭和爐殼之間臨時增加12個筋板，板厚20 mm，均勻分布在整個爐頂法蘭與爐殼外側，防止因氣刨和焊接不均勻加熱和冷卻產(chǎn)生的焊接殘余應力和焊接殘余變形，以確保爐頂法蘭的水平度能夠達到設計要求。

2.1.4焊接前用砂輪認真清理坡吸焊縫區(qū)域，使其焊縫兩側60 mm-80 mm內(nèi)不得有水、銹、氧化皮、油污、油漆、夾碳、滲銅或其他雜物，并露出金屬光澤。

2.1.5焊條選用E5016低氧型焊條直徑4 mm，焊條焊前必須經(jīng)過350°-400℃烘焙1-2小時，保溫1小時，隨烘隨用；焊條的每次領用務必須以4小時工作量為準，使用時存放在保溫桶簡內(nèi)，隨用隨取。

2.1.6焊接必須嚴格執(zhí)行焊接工藝，由相應資格的高級焊接工承擔，以排除因為焊工水平高低引起的焊接缺陷，提高合格率，焊前接受焊接工程師的技術交底。

2.1.7焊接前用加熱板給爐頂法蘭和爐殼加熱，(如圖)外面露蓋石棉，讓溫度不至流失損耗，加熱片布置如圖2：

2.1.8將返修部位焊縫分為4段，由4名焊工為一組；同時進行焊接，且連續(xù)焊接，在整個焊接工作完成之前，不得中斷焊接，層間溫度控制在150℃-200℃，另外4名焊接工為一組，以替換這4名焊工，輪流焊接直至整個焊接工作結束。

2.1.9焊接方法統(tǒng)一定為手工電弧焊，焊機選用直流焊機，直流反接法，焊接方向統(tǒng)一為順時針焊接方向，其間不得隨意改變。

2.1.10打底層電流為180A-190A。填充層電流為190A-200A。蓋面層電流為180A-190A。

2.1.11每層焊縫焊接結束后，要使用氣鏟認真清理焊渣和飛濺。

2.1.12焊接完畢后，立即進行退火處理，退火處理曲線如下圖3：

3對焊接熱處理后裂紋的質(zhì)量管理

3.1對焊縫外觀進行檢查，不得有裂紋，未融合、頭渣、焊瘤、未填滿、弧坑等殘缺。

3.2焊接完后1小時，拆除加熱板和石棉。并對焊縫兩側50-80MM范圍進行打磨并露出光澤。焊縫經(jīng)外觀檢查合格后，24小時以后進行超聲波和磁粉探傷。經(jīng)無損檢測，所有返修部位均合格。

3.3返修后檢測，在整個法蘭直徑上測得的水平面上的驗收水平度差為0.85 mm；法蘭圓周120°距離法蘭表面上的波浪為0.2mm；法蘭圓周120°距離法蘭表面上的短波浪為0.10mm，符合設計標準。

4結束語

為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理先用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝是必不可少的。合理的選用加熱設備和方法，并且控制好溫度的變化及保溫時間是熱處理質(zhì)量好壞的關鍵因素，我們一定要在實際工作當中掌握好每一道工序才能保證工件的質(zhì)量。

參 考 文 獻

[1]王大志.焊接技術與焊接工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012

[2]英若采.熔焊原理及金屬材料焊接[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009

[3]李亞江.焊接冶金—材料焊接性[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010

Crack Repairing Technology For the Flange of Blast Furnace Top

HU Wei

Abstract：Many metallic materials require for heat treatment of welds before and after welding. Heat treatment technology of welding is increasing mature today and continuously develops to intelligence, automation and diversification, we must understand it in-depth to be able to choose suitable technical means. Taking a cold crack repair for the flange of blast furnace top in a steel factory for example, this article understands and summaries the heat treatment technology of welding.

Key words：flange of blast furnace top；welding；heat treatment；flaw detection

作者簡介：胡巍(1986)，男，中國十七冶集團有限公司，工程技術人員。

收稿日期：2015-01-29

中圖分類號：TG444+.1

文獻標識碼：A

文章編號：1672-9994(2015)02-0027-03