防范加热炉水梁及立柱制作缺陷的措施

防范加热炉水梁及立柱制作缺陷的措施

作者：王高志，王校锋

来源：《创新科技》2013年第04期

前言

安钢第一炼轧厂高线步进式加热炉自投产至今已安全运行了十年，为安钢降本增效做出了不可磨灭的贡献。出于对安全生产方面考虑，需对加热炉进行专项大修；经过安钢建安分公司领导与总公司多方协调，同意对加热炉中水梁及立柱进行针对性试制，试制件经相关技术人员及专家检验，各项性能远远超出原设计制作水平，在制作过程中有效避免了焊接变形、热袭纹等焊接缺陷。现将制作工艺总结介绍供大家探讨。

制作工艺

1.材料的选择

首先用于制造水梁立柱的钢管应是同一生产厂家同批次产品，以防止出现由于钢管的允许公差不同而引起钢管外径的尺寸变化，钢管的尺寸公差必须符合GB/T8162的较高级要求，壁厚公差符合国标高精度等级要求；所需钢管必须按照制作图纸的材料表选用热轧成品管，钢管矫直、定尺下料以及加工焊接坡口等工作必须按照制作图纸技术要求进行加工。

为了防止由于耐热垫块固定时焊接而造成的钢管收缩，在钢管下料时按照千分之四的比例延长尺寸进行下料；所有管件下料均采用“金属带锯床”下料，避免采用火焰切割或其他任何热切割方式，以确保管口光滑整齐；在管口倒棱应采取机械加工棱角，保证其结合端薄厚公差一致，从而保证坡口圆弧平滑过渡；其同心度可使两部件之间能够正确结合，并及时清理金属屑；在不进行焊接期间应对对接部位涂抹油膜进行保护处理，焊接时要及时清理。

2.制造工序

根据制作图纸的技术要求，制定详细的制造方案，焊接前首先对焊接结合端油污进行清理，确保无锈斑，为防止焊料长期暴露在外受潮，特别制作一个保温箱，焊接操作前及时进行预热处理；焊条的选用也至关重要，碳钢之间的焊接应采取E4316焊条，碳钢和耐热钢及耐热钢之间的焊接采用E309～16焊条。

工件应采取连续焊接，以氩弧焊打底，保证焊透、焊实，为了保证完全焊透，使焊缝底部正常融化，以防出现焊渣痕迹和焊缝排列不规则等缺陷；在焊一、二道时，采用直径为2.5 mm的焊条，第二道焊接时采用正常支撑其他道次的焊料，随后的道次均采用直径3.15 mm和4.0 mm的焊条；进行最后一道焊接时，应注意焊接均匀、外观整齐、无明显凹凸现象，与母体金属表面比较，焊缝厚度均匀；各组合件焊接完毕后必须进行尺寸和直线度的校正。

焊接耐热钢过程中若操作不慎易产生两种缺陷，其中一种为晶间腐蚀，在煤气、空气、水等介质作用下，会在金属晶粒边界之间产生晶间腐蚀；进而在应力作用下，会沿晶界断裂，强度几乎完全丧失，是奥氏体不锈钢最危险的一种破坏形式。影响晶间腐蚀的主要因素是加热温度和加热时间，耐热钢在焊接过程中加热温度应小于450 ℃或大于850 ℃，焊接才不会产生晶间腐蚀，若小于450 ℃时温度较低，不会形成碳化铬化合物，温度超过850℃时，晶粒丙的铬扩散能力大大加强，有足够的铬扩散至晶界和碳结合，也不会在晶界形成贫铬区。所以产生晶间腐蚀的加热温度一般是在450 ℃～850 ℃之间，该区间被称之为晶间腐蚀的“危险温度区”；以650 ℃为最危险，在450 ℃～850 ℃危险温度区焊接时的冷却速度越快，则产生晶间腐蚀的可能性越小。因此应尽量缩短在450 ℃—850 ℃时停留时间，即加快冷却速度。

另一种缺陷为焊接热裂纹，是因奥氏体不锈钢的导热系数只有低碳钢的一半，而线膨胀系数却大得多，因此焊后在接头处出现较大的焊接内应力，而奥氏体不锈钢中化学成分如C、S、P、Ni等会在熔池中形成低熔点共晶；奥氏体不锈钢的液相线、固相线的距离较大，结晶时间较长，且奥氏体结晶的枝晶方向性强，因此杂质偏析现象比较严重。防止热裂纹的措施如下：

①采用双向组织的焊条，保证焊缝金属具有与母材化学成分大致相近，同时增加焊缝金属中的Mo、W、Mn元素含量。严格控制S、P等有害元素含量。

②焊接尽量选用小电流、快速焊方式；在多层焊接时，为防晶粒长大，要等前一层焊缝冷却后再焊接次一层焊缝；厚板焊接时，为加快冷却，可从焊缝背面喷水或用压缩空气吹焊缝表面。

③降低接头刚度和拘束度，合理布置焊缝。焊接作业时合理安排焊件的装配顺序和每道焊缝的先后顺序，避免每条焊缝处在刚性拘束状态焊接。

④收尾时尽量填满弧坑。

⑤及时清洁坡口表面20—30 mm内污物，防止油、水、锈等杂质，焊接时应严格控制焊接线能量及层间温度。

3.工件应力消除

以往传统消除水梁、立柱所有焊后应力的办法是加热退火或机械拉伸，但是加热退火温度不宜掌控，而机械拉伸操作不当易造成设备损伤；现在则采用“超声波时效仪”消除应力，此方法已在安钢炼铁系统3#5000 m3高炉热风炉和8#2200 m3高炉热风炉制作中得到了印证，其效果完全满足图纸设计的技术要求；水压试验采用“试压泵”打压，试验压力为0.6 MPa，保压时间不低于4个小时，从而确保试压无泄漏。

结论

上述制造工艺，不仅能避免水梁及立柱的制造过程中的工艺缺陷，也能满足加热炉生产使用要求，更填补了单位制作成套设备方面的空白，为安钢内挖潜力、降本增效做出了贡献。