厚鋼板焊接及爐殼制作與安裝技術總結

***京唐1#5500m3高爐厚鋼板焊接及爐殼制作與安裝技術總結***京唐1#5500m3高爐厚鋼板焊接及爐殼制作與安裝技術總結1項目背景京唐1#號高爐地處渤海灣曹妃甸島，高爐容積為5500m3，年產(chǎn)生鐵約450萬噸，該高爐設計先進、系統(tǒng)復雜、用材考究、施工質(zhì)量要求精良，是***京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司最重要的冶煉設備之一，建成后也是國內(nèi)最大的高爐之一。京唐5500m3高爐爐殼焊接全部由首建設備維修有限公司承擔。高爐爐殼由二十五帶圍板組焊而成，鋼板材質(zhì)為BB503。在不同帶位高度不等，最高2.6m，最低0.5m，爐殼直徑也不相同，爐腹處直徑為18.6m，爐口處直徑為6.4m。爐殼的不同部位，所使用的鋼板厚度分別為60mm、70mm、75mm、80mm、90mm和110mm六種。在1#號高爐建設的所有施工項目中，爐殼焊接是整個高爐建設施工中最為重要的一個環(huán)節(jié)。2項目難點2.1掌握CO2氣體保護焊焊接BB503鋼的焊接工藝。高爐爐殼鋼板為BB503鋼板，材質(zhì)屬于微合金高強鋼（HSLA）。其碳當量高于0.4%，冷裂紋的敏感性較大，可焊性不好，在焊接及冷卻過程中容易出現(xiàn)熱裂、冷裂、氫致裂紋等現(xiàn)象。另外，該材質(zhì)中含有N，如果焊接不當很容易產(chǎn)生時效脆化，因此需要嚴格控制焊接工藝參數(shù)，防止因N的聚集而產(chǎn)生裂紋、氣孔等現(xiàn)象。鋼板厚度大（最大δ=110mm），焊接全部采用CO2氣體保護焊，必須有成熟的焊接工藝。2.2高空的焊接。由于高爐容積較大，最大直徑處達18.6m。因此，受客觀條件和吊裝能力所限，大部分爐殼圍板不能在地面組焊成型后，整帶吊裝到位，有相當一部分焊縫，只能在高空焊接完成。2.3克服環(huán)境因素對焊接質(zhì)量的影響。地處沿海、空氣潮濕、雨雪大風天氣較多，根據(jù)唐海氣象站1971～2000年的觀測資料統(tǒng)計，曹妃甸地區(qū)年均相對濕度在51%；全年平均雨雪天氣日數(shù)為65.9天左右，占全年的18%。當風速大于2m/s時，必須采取有效的防風措施后方可進行施焊。因此，克服環(huán)境因素對焊接質(zhì)量的影響已成為一個重大難題。3詳細的技術措施3.1需解決的技術難題CO2氣體保護焊焊接BB503厚鋼板的焊接工藝焊前與焊后熱處理高空的立縫、環(huán)縫焊接防風、防雨措施3.2具體的技術措施CO2氣體保護焊焊接BB503厚鋼板的焊接工藝1）焊絲的選擇JQ.YJ501-1為氧化鈦型CO2氣體保護藥芯焊絲（化學成分及力學性能如表1、表2），焊接工藝性能優(yōu)良，電弧柔和穩(wěn)定，飛濺小，脫渣容易，焊縫成型美觀。

表1熔敷金金屬化學成分分(%)(CO2保護氣體)化學成分CMnSiSP保證值≤0.18≤1.75≤0.90≤0.030≤0.030一般結果0.051.460.420.0100.017

表2熔敷金金屬力學性能能(CO2保護氣體)試驗項目σb(MPa)σs(MPa)δ5(%)Akv1(J)保證值≥480≥400≥22≥27(-20℃)一般結果580480271282）CO2氣體的選擇確保CO2氣體純度并保證瓶中壓力不得低于1.5Mpa。3）預熱、層溫要求由于母材碳當量較高，所以焊前必須進行預熱，預熱采用電加熱法。預熱范圍為坡口兩側各不小于焊件厚度的3倍距離，并要求溫度均勻，要求由專職加熱工進行加熱。預熱溫度、層間溫度要求見表3。表3預熱溫度、層間溫度表鋼種焊件厚度（㎜）預熱溫度C層間溫度BB503＞80150C150～300CC＞60～80120～150CC120～300CC采用履帶式電加熱塊對焊接接頭進行加溫，每個加熱塊長600mm、寬280mm，將加熱裝置安裝在爐殼外側，以焊縫為中心安置，環(huán)縫以上1/3、下2/3安置。焊前爐殼預熱溫度要求在100～150℃，開始預熱后升溫速度不宜過快，達到預熱要求的時間約為2小時。開始加熱后，每隔30分鐘左右測溫一次，并做好升溫記錄，如發(fā)現(xiàn)溫升過快或過慢，應及時進行調(diào)整?？v縫測量預熱溫度位置必須在加熱面的反面進行，并距離施焊接頭坡口兩側各寬約50mm處，上、中、下各一點。環(huán)縫的測溫位置先將環(huán)縫等分16份，每點上、下距焊口200mm的各2點（共32點）為測溫點(如圖1)，同樣是在加熱面的反面進行。使用接觸式測溫表監(jiān)測溫度。200200爐殼50坡口200測溫點200πD/16爐殼爐殼測溫點爐殼坡口圖1測溫點設置示意圖4）焊接工藝參數(shù)（表4）表4焊接工藝參數(shù)表焊接方法焊材型號、規(guī)格焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度（㎝/min）氣體流量（l/min）噴嘴直徑（㎜）CO2氣體保護焊焊JQ.YJ5011-1160～260DC＋26～3210～3625205）焊后檢查①焊縫內(nèi)部質(zhì)量評定超聲波探傷檢查，并按GB11345-89標準I級評片，所有焊件全部I級合格。②焊縫力學性能試驗及評定焊件拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊韌度試驗按GB50236-98標準執(zhí)行，試驗記錄正確，評定結果全部合格（報告編號：首中試驗字（W08）第2-13號）。③焊縫熔合線金相組織分析從所做的焊縫熔金合線金相組織照片分析，均為鐵素體、珠光體、粒狀貝氏體。可以認為BB503鋼的焊接采用JQ.YJ501-1焊絲，用純CO2氣體，在焊接性方面是可行的，可以得到合格的焊接接頭。焊前與焊后熱處理采用磁盤吸附式履帶電加熱塊（圖1）對焊接接頭進行加溫，每個加熱塊長600mm、寬280mm，將加熱裝置安裝在爐殼外側，以焊縫為中心安置，環(huán)縫以上1/3、下2/3安置。焊前爐殼預熱溫度要求在100～150℃，開始預熱后升溫速度不宜過快，達到預熱要求的時間約為2小時。因要求2～4帶組裝在一起進行局部熱處理，縱縫施焊后如來不及進行焊后熱處理，應采用消氫處理。加熱升溫達到250～300℃，恒溫2小時，在保溫條件下自然緩冷。圖1加熱塊布置圖高空的立縫、環(huán)縫焊接每帶爐殼先焊立縫后焊橫縫，每帶上各條縱縫要求同時施焊；若在安裝現(xiàn)場不影響環(huán)縫的施焊，立縫和環(huán)縫可同時施焊。工廠焊縫要預留50～100㎜，與現(xiàn)場焊縫一道進行。進行長段多層焊接，長度為1.5～2m。如果第一層和最后一層焊后不產(chǎn)生淬火組織，則其它各層不會產(chǎn)生淬火組織。因此，控制好第一層和最后一層的冷卻速度特別重要。1）立縫焊接焊接順序見圖2。圖2立縫焊接順序每帶爐殼縱縫先焊內(nèi)口，采用多層單道擺動焊接，擺動方式為月牙形。當內(nèi)側焊縫厚度超過30㎜時，在內(nèi)側焊接的同時，在外側進行碳弧氣刨清根。這樣，能夠保證內(nèi)側的層間溫度，又能夠保證外側的預熱溫度。期間，可進行溫度測量，若溫度沒有達到要求，可采用加熱塊進行補溫。碳弧氣刨清根完畢后，使用φ125mm角向磨光機打磨，同時進行目檢，確認無問題后，開始進行外側焊縫的焊接，此時內(nèi)側焊縫不間斷焊接，這樣就形成了內(nèi)外側同時不同步焊接。注意內(nèi)外兩側電弧間距控制在300㎜以上。整個過程采用CO2氣體保護焊進行焊接，采用直通焊法。在焊接過程中，要不斷測量層間溫度。測量層間溫度必須在焊接面的基體金屬表面，距離焊趾邊緣25mm和沿下一道起始處75mm處進行。將加熱塊置于焊接接頭兩側約300㎜，視現(xiàn)場層間溫度大小，控制加熱塊溫度。此時，加熱溫度不要太高，滿足層間溫度要求即可。2）環(huán)縫焊接①將環(huán)形焊縫按圓周等分成16～20（偶數(shù)）段，見圖3。每名焊工焊一段，大約2.0～2.5米，按同一方向同時焊接。每個焊工將所焊分段進一步分成三小段（圖4），要求各段的焊接速度、焊接電流、電壓保持一致，多層多道焊，接頭錯開50㎜以上。②內(nèi)外側同時不同步焊接時，要注意每名焊工大約錯開半個分段長度的距離，同時內(nèi)外部的焊接方向相反（圖5）。內(nèi)外側焊接共由32～40名焊工完成，每名焊工焊接2.0～2.5m。在焊接過程中，要不斷測量層間溫度。將加熱塊置于焊接接頭兩側約300㎜，視現(xiàn)場層間溫度大小，控制加熱塊溫度。此時，加熱溫度不要太高，滿足層間溫度要求即可。③焊接后熱處理因要求2～4帶組裝在一起進行局部熱處理，縱縫施焊后如來不及進行焊后熱處理，應采用消氫處理。加熱升溫達到250～300℃，恒溫2小時，在保溫條件下自然緩冷。防風、防雨措施1）防風措施妨礙焊接的風向主要是來自水平方向和鉛垂方向。在爐殼內(nèi)部采用石棉布將爐身上的冷卻壁水管孔、風口、鐵口等孔洞遮蓋或封堵，以免空氣通過這些孔洞灌入爐殼內(nèi)部形成橫向貫流及向上的空氣對流。水平方向的風可以簡單地在焊接平臺的加高欄桿上圍上蛇皮布加以阻擋，內(nèi)、外圍擋利用內(nèi)、外吊盤設置（見圖6：內(nèi)、外吊盤圖）；鉛垂方向的風則使用專用的防風罩，防風罩由薄鐵板制成，借助磁力塊的磁力將防風罩壓緊在爐壁上，使焊接環(huán)境相對封閉，減小焊接區(qū)域的空氣流通速度。圖6：內(nèi)、外吊盤圖內(nèi)吊盤內(nèi)吊盤外吊盤爐殼2）防雨措施將爐殼頂部加裝的罩棚制作成直徑大于爐殼直徑5m的傘形結構，并在罩棚頂部覆蓋遮雨材料。焊口部位在預熱、焊接及后熱處理過程中禁止雨淋。4應用情況及技術經(jīng)濟效果本方案針對***京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司1#高爐爐殼焊接而制定。方案的制