高炉炉体立缝高效气电立焊技术及应用

高炉炉体立缝高效气电立焊技术及应用

沈阳大学(110044) 李景波　王　刚　沙玉章　李建军

中国20冶金属结构公司(天津市　300350) 崔万平　张瑞伟

中国22冶金属结构公司(唐山市　063000)

严洪丽

摘要　高效气电立焊技术的工作效率大大高于焊条电弧焊的工作效率,在大型冶金高炉、热风炉炉体厚板焊接施工时,一次焊接成形,具有提高焊接质量、大大减轻工人劳动强度的优势。

关键词:　高炉　厚板　气电立焊

TECHNOLO GY AN D APPL I CAT I O N O F THE H I GH EFF I C I ENT

EL ECTRO GAS W ELD I NG I N THE BLAST FURNACE BODY

Shenyang University L i J i n gbo,W ang Gang,Sha Y uzhang,L i J i a n jun China20th Metallurgical Structure Company　Cu iW anp i n g,Zhang Ru i we i

China22th Metallurgical Structure Company　Yan Hongli

Abstract　The work efficiency of electr ogas welding is much higher than manual arc welding.There are mang advan2 tages,such as p ri m ary f or mati on,high welding quality and l ow labour intensity,during welding thicker p late of large metal2 lurgical blast furnace and hot2wind furnace body.

Key W ords:　bl a st furnace,　th i cker pl a te,　electroga s weld i n g

0　前 言

目前我国已经成为世界钢铁产量大国。高炉建设的规模已经越来越大,炉体的钢板也越来越厚,焊接的工作量越来越大。传统的冶金建设施工队伍均为焊条电弧焊或CO

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半自动焊施工,劳动强度大,远远满足不了施工进度和建设质量的要求。根据冶金高炉的施工特点,推出了炉体立缝“G LH-II高效气电立焊机”,实现了厚板立缝气电立焊的一次焊接成形。在承德钢铁公司、天津钢铁东移等项目的2800～3200m3高炉、热风炉建设施工中应用,取得了圆满成功。

1　立焊施工工艺特点

大型冶金高炉、热风炉,一般指在<5m以上,最大时可达<10～<25m,容积达2000m3以上,钢板厚度达60～80mm,最大高度达几十米。对于这类大型炉体的制造、安装,大都要在现场进行。文中介绍的是在施工现场的基础旁进行炉体单节制造,采用“气电立焊机”进行立缝焊接,完成组装、焊接每一节(见图1)。然后用吊车(或其他方法)将组装焊接完的一节炉体吊起安装到基础上;每装好一节进行环缝焊接,这种焊接、组装制造方法具有很多优点,在地面施工,安全方便,焊接效率非常高。

2　气电立焊技术

气电立焊所焊焊缝位置垂直或接近于垂直方向,也适于一般高炉的锥体立缝。焊接参数和坡口形式同普通焊条电弧焊差别很大。焊接时,电弧轴线方向与母材熔深方向成直角,熔化的焊丝金属堆积迭加,熔池不断水平上移,形成焊缝,其熔深产生所需热量的传递方式与其它电弧焊有所不同,在焊缝的正面采用水冷铜滑块,焊缝的背面采用水冷档排(或衬垫),药芯焊丝送入焊件和档块形成的凹槽中,熔池四面受到约束,实现双面一次成形。

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图1　

气电立焊机焊接立缝

气电立焊焊接过程的熔深反映了坡口两侧母材的熔化量,直接决定了焊接质量。气电立焊电弧直径在10mm左右,气电立焊电弧轴线方向与母材熔深方向成直角,电弧不能直接作用在两侧母材上,母材熔化所需要的热量只能靠熔池的对流热传递获得,在钢板厚度较大和坡口温度较低时,母材得不到足够的热量熔化,造成未熔合或未焊透等缺陷。厚板坡口截面较大,焊接速度慢,熔渣较多,不易排出。熔渣多造成飞溅大,长缝焊接难度更大。

若采用大直径焊丝,加大焊接电流和电弧电压,虽能增加热输入量,从而增加焊接板厚,但会引起焊缝金属的组织粗大,焊缝冲击性能降低,尤其是低温冲击性能的降低,影响焊接质量。

因此,实现厚板气电立焊一次焊接成形,必须采取行之有效的技术和工艺措施。

(1)控制母材坡口截面积:熔深反映了坡口两侧母材的熔化量,直接决定了焊接质量。增加坡口截面积,就增加了焊接热输入,导致熔深增加。熔深的大小由熔池过热金属的过热度,即温度梯度决定。影响熔池熔融金属过热度的因素,也就是影响熔深大小的因素。气电立焊坡口形式与传统的焊条电弧焊有所不同,相对而言,属于窄间隙,如图2所示。

(2)控制冷却速度:当焊接参数和坡口尺寸确定后,焊丝和母材吸热可以认为是不变的,而强制成形的铜滑块吸热则随冷却介质水温及其流量的变化较大。低的水温和大的流速,水带走的热量远大于高水温、低流速的情况,所以在焊接厚板时应减少水的流量,焊接薄板时可增加水的流量,通过调节水流量来调节熔池的冷却速度,可有效地控制熔深的大小。

(3)采用大幅度摆动工艺:摆动是实现厚板焊接的关键技术,采用高速焊枪摆动器和摆动工艺,让坡口在板厚横断面上获得等热量,热量均匀分布在板厚上,可得到相同的熔深,两侧板均匀熔化。

焊枪摆动系统主要包括焊枪摆动器、摆动控制器、计算机P LC等,进行厚板焊接时必须使焊枪实现大幅的摆动。焊枪摆动器的摆动随着与焊机车体的协调运动,使焊枪的运动轨迹沿板厚方向摆动。摆动幅度和摆动速度可调,焊缝前面宽停留时间就长,后面窄停留时间就短,改善熔池金属的流动状态,从而增加对两侧母材的传热量,保证熔合良好。

3　气电立焊机的组成

G LH-II高效气电立焊机主要由焊接操作机架、携焊接机头升降的焊接小车、磁吸铝合金轨道及提升支架、焊枪和焊枪摆动及控制系统、高速送丝系统、冷却循环器及强迫成形系统、焊接电源、供保护气系统和焊接自动控制器组成。其主要特点是:焊机整体于整机架内送丝系统、控制箱、焊接电源、循环冷却器等都装在焊机整体机架内,与被焊物体较近,故各配套线管大为缩短,有利于焊前准备和设备操作,也便于安装、运输。既适合在露天高空安装施工,也可在厂房内预制焊件;焊接控制系统中,设置了电压电流传感器,能自适应焊接坡口变化,设置了供气控制传感器和循环冷却水压指示调节器,保证焊接质量控制。

自动焊接机架既可以悬挂在高炉或热风炉的壁上,以炉壁上边缘为导向沿炉壁行走,焊完一条立缝后移到下一条立缝焊接,又可以在地面移动。由于焊接操作车载体外形封闭,铝合金板罩面,抗风性能好,更适合野外、高空作业。车体轻便,操作员在其内部作业,操作简单、容易掌握,安全可靠。焊接效率高,是普通焊条电弧焊的30倍。焊机全部采用先进的元件和材料,制造成本低,维修容易。焊机的主要技术数据列于表1。

4　焊接工艺

由于高炉皮壁厚,焊接时必须使焊枪摆动。焊枪摆动能够增加熔池金属的流动速度,从而增加对两侧母材的传热量,增加熔深。焊枪摆动能够有效地提高熔池金属的对流速度,使热量在板厚方向上趋于一致,获得板厚方向等熔深的最佳焊接效果。实践表明,板厚在30mm以下开V形坡口,如图2a所示。板厚在12 mm以下可不开坡口,即I形坡口,间隙为8～12mm,板厚在30mm以上开X形坡口,进行双面焊接,如图2b所示。

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