水泥廠球磨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝改進(jìn)

水泥廠球磨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝改進(jìn)水泥廠用球磨機(jī)由于其運(yùn)行環(huán)境惡劣，受疲勞載荷高，經(jīng)常發(fā)生筒體焊縫開裂現(xiàn)象。本文根據(jù)作者從事球磨機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，有效解決了焊縫開裂現(xiàn)象。0．前言過去水泥廠球磨機(jī)端蓋與筒體焊縫多采用T形接頭焊接形式，焊接工作量大且易產(chǎn)生焊接裂紋。給產(chǎn)品運(yùn)行服役帶來不可靠因素，并增加檢修成本，給企業(yè)帶來停機(jī)、停產(chǎn)引起的巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此應(yīng)對其焊接結(jié)構(gòu)及焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)。1．球磨機(jī)焊縫開裂原因分析某廠2000年生產(chǎn)Ф3.0×13m高細(xì)球磨機(jī)（結(jié)構(gòu)形式見圖1），第一臺(tái)試生產(chǎn)時(shí)，在端蓋與第一節(jié)筒體的環(huán)縫焊接后發(fā)現(xiàn)大面積開裂。切開焊縫橫截面觀察，裂紋在整條環(huán)縫上有42條，呈縱向分布。個(gè)別裂紋貫穿整個(gè)焊縫厚度方向。且部分焊縫表面有氧化的色彩，說明這些裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，屬于結(jié)晶裂紋。按照結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理，在焊逢結(jié)晶過程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂。產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件是焊縫在脆性溫度區(qū)內(nèi)所承受的拉伸應(yīng)力大于焊縫金屬所具有的塑性。液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的內(nèi)因，而拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的必要條件。對母材和焊材進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)焊條含磷量偏高，焊接時(shí)形成低熔點(diǎn)共晶，而低熔點(diǎn)共晶形成的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的內(nèi)因。端蓋厚度為110mm，直徑3m，材質(zhì)為Q235-B，筒節(jié)厚度為45mm，材質(zhì)為Q235-B，坡口形式及焊接順序如圖2，焊接時(shí)先焊內(nèi)側(cè)，焊條電弧焊，焊滿后外側(cè)碳弧氣刨清根后埋弧焊焊接。分析原因認(rèn)為，一方面由于母材較厚，焊接冷卻速度較快。在內(nèi)側(cè)焊接時(shí)由于有角焊縫的存在，端蓋受到X、Y、Z三向拉伸應(yīng)力作用，向內(nèi)側(cè)產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)在外側(cè)埋弧焊焊接時(shí)由于輸入較大的線能量，向內(nèi)變形的端蓋在焊接應(yīng)力的作用下迅速向外側(cè)位移，產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)變，使焊縫形變超出了本身的塑性儲(chǔ)備量，是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的外因。兩方面綜合作用的結(jié)果導(dǎo)致開裂。因此，為了防止裂紋的再發(fā)生，除冶金因素控制焊縫中雜質(zhì)含量防止形成低熔共晶外，主要從工藝因素方面改善焊接時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，減少拘束應(yīng)力。2．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝改進(jìn)2．1結(jié)構(gòu)改進(jìn)原焊接結(jié)構(gòu)為T形接頭，本身在焊接時(shí)具有較大的拘束應(yīng)力，參照GB150《鋼制壓力容器》附錄J焊接結(jié)構(gòu)，為了減少焊接應(yīng)力的作用，在端蓋上沿焊縫周邊開設(shè)緩和槽。這樣焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力沿緩和槽釋放到端蓋上，不至于在內(nèi)側(cè)角焊縫的焊趾產(chǎn)生大量的應(yīng)力聚集。同時(shí)這樣的結(jié)構(gòu)形式由于內(nèi)坡口不再添加角焊縫，因此減少了焊接工作量。并對坡口尺寸進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，目的是盡量減小焊接時(shí)產(chǎn)生的端蓋向內(nèi)、外方向的變形量?？刂坪附禹樞?，采用模擬試驗(yàn)的方法（試驗(yàn)數(shù)據(jù)、坡口尺寸見表1），最終制定坡口形式如圖3。表1驗(yàn)證數(shù)據(jù)餡試件編號(hào)滔內(nèi)坡口高躲度嶼內(nèi)坡口角傻度逝鈍邊答焊接順序多變形量迫（椅m怕m蝶）勇1貍22難45江2夢內(nèi)珠滿排-痰外滿架向允外竿6儀2騙25蹲45閑2邀內(nèi)佳滿問-家外滿頭向松外志4勤3恒30匹45饑2僚內(nèi)一籌半口-男外個(gè)滿誼-假內(nèi)滿但向封外密2綢4姐35慧45歷2手內(nèi)一智半范-誼外梳滿盒-衛(wèi)內(nèi)滿舌向究內(nèi)竹22。2．焊接工藝改進(jìn)2．2．1原工藝方案坡口形式及焊接順序見圖2，焊接工藝參數(shù)見表2。表2原焊接工藝參數(shù)鏈層幣-斯道丟焊接惰方法蕩填充材料攪焊接電流黎電弧電壓敞（乒V夾）懇焊接速度為（男m/掏h韻）伙牌號(hào)句直徑怒極性降電流謊（塑A元）壽內(nèi)增1積SMAW油J427湯4.0紀(jì)反接幻160~墳180質(zhì)22~2蠶4眨內(nèi)攜2~8僻SMAW旦J427摟5.0模反接賤200~藏220腸22~2艙4扔外則9考SAW筍H08A某/HJ4氣31賓5.0瓶反接曬650~察670每34~3鄰6筍24~2豐6播外塘10把SAW膏H08A核/HJ4父31熄5.0貓反接亭660~變680斯36~3普8礎(chǔ)22~2代62．2．2改進(jìn)后工藝評(píng)定方案（1）焊接前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，增加預(yù)熱和控制層間溫度的措施。同時(shí)進(jìn)行焊后消除應(yīng)力的熱處理。（2）焊接工藝評(píng)定采用對接焊縫，目的為驗(yàn)證焊接接頭的使用性能是否滿足要求。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參照J(rèn)B4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》，坡口形式及焊接順序見圖4，預(yù)熱、層間溫度、熱處理溫度時(shí)間見表3，焊接工藝參數(shù)見表4，熱處理工藝見圖5，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。表3預(yù)熱、層間溫度、熱處理溫度時(shí)間表濃預(yù)熱溫度趕（衣℃魚）咳≥免80損層間溫度兄（錯(cuò)℃島）客不低鹽于墨80扣焊后熱處哲理慢620±蘿2然0殼℃轉(zhuǎn)荒慮保議溫毅4h墨表覆4舌壞工藝評(píng)定使焊接工藝?yán)諈?shù)茅層菊-源道肅焊接陷方法罷填充材料遠(yuǎn)焊接電流亂電弧電壓節(jié)（類V陷）洲焊接速度霜（館m/尤h續(xù)）刺牌號(hào)鏡直徑想極性脅電流尸（叨A浙）鉛正岸1限SMAW沿J427村4.0拆反接物160~獸180缸22~2耗4病正胳2~6恭SMAW帆J427填5.0壽反接販200~雖220介22~2燦4坦反顯7呼SAW乘H08A的/HJ4漫31蔑5.0小反接僵650~足670塌34~3仁6阿24~2稠6筐反薄8郵SAW齒H08A鏡/HJ4異31棵5.0虛反接免660~菌680乎36~3盲8脹22~2沾6圣泡扛鬧雀磚斤曠拘表財(cái)5微冊力學(xué)性能叼試驗(yàn)結(jié)果鉤序號(hào)汪抗拉強(qiáng)采度博/MPa倍側(cè)彎比，鑰180串°仍（暮d=4額a喝）考AK鹿V沾（室溫）晃缺口類型革缺口位置什沖擊吸收莊功飲（窯J聯(lián)）鎮(zhèn)1悶480瘦4脅件均合格煮V伯型頌焊縫中心界9度5總，級(jí)9閑7惱，丘99荷2密475蔽V六型肥熱影響區(qū)月7騾3果，自7隱6耕，膊75廢2馳．資2駐．血3撐改進(jìn)后工玻藝方案及堵質(zhì)量控制患（姓1竭）改進(jìn)后河坡口形式幕及焊接順研序見慣圖內(nèi)3爸，預(yù)熱、蛋層間溫度糞、熱登處理溫度梅時(shí)間見繡表嚼3兼，焊接工擱藝參數(shù)見畫表灰7基，骨熱處理工襲藝見昏圖碼5刷。形表添6腥兔焊接工藝枯參數(shù)番層仙-莫道射焊接畫方法西填充材料運(yùn)焊接電流塑電弧電壓冬（鵝V揮）件焊接速度學(xué)（光m/蛇h(yuǎn)碎）增牌號(hào)情直徑宜極性豐電流畜（抓A蜂）盤內(nèi)梅1愉SMAW鼠J427困4.0胃反接動(dòng)160~好180糟22~2少4許內(nèi)擾2~4濃SMAW返J427榜5.0翠反接擔(dān)200~石220祥22~2古4攤外罵5汗SAW餃H08A園/HJ4馳31炕5.0鵝反接漫650~寶670尊34~3打6古24~2精6源外共6皇SAW薯H08A箱/HJ4里31缺5.0凝反接路660~槐680橡36~3倆8痰22~2跟6銷內(nèi)比7礦~8繞SMAW因J427贊5.0惱反接濃200~愧220剖22~2皺4曾（該2餡）應(yīng)對材執(zhí)料進(jìn)行入宿廠復(fù)驗(yàn)（膊包括母材托和焊材）嫁，以避免賀由于材料溉不合格而娃帶來的焊侮接質(zhì)量不窯合格。焊宴前所用焊繪條，焊劑惠嚴(yán)格按規(guī)急定溫度烘葡干。珠（慮3圍）操作工君應(yīng)在焊前巨進(jìn)行操作糟技能培訓(xùn)稼，并嚴(yán)格泡按焊接工也藝卡施焊恢，以避免淹由于操作躲不當(dāng)而帶郊來的焊接植缺陷影響守產(chǎn)品的使賄用性能。解（漆4飽）坡口均佛采用金加售工形式開湊設(shè)，定位竊焊縫即采遼用預(yù)熱措緞施，并與幕正式焊縫鋼同工藝。邁焊前及層斤間清理焊黎接區(qū)雜質(zhì)著要徹底。顫外側(cè)碳弧凡氣刨清根潤要徹底以芬保證焊透舉，埋弧焊喂時(shí)盡量采守用小的熱菠輸入，同陰時(shí)嚴(yán)格控震制層間溫鮮度。焊條炮牌旅號(hào)沙J42慨7疼（型稠號(hào)凱E431美5賓），以提估高抗裂性銷，埋弧焊耗焊絲鋼津號(hào)奇H08旅A夫，焊幣劑徐HJ43金1孟。焊后進(jìn)娃行灶100%綁U貝T磨檢測。焊妖后如不能充及時(shí)進(jìn)行貴消除應(yīng)力商的熱處理姻，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)焊防后闊38體0占℃湯保而溫騰2咳小時(shí)的消零氫處理。罵（輔5庭）經(jīng)以上稍的工藝改娃進(jìn)后，焊錦后測量焊糾接變形量匯為抗2m搏m疑，同時(shí)又問提高了焊是接生產(chǎn)效息率，焊后禍經(jīng)慕100%慚U劃T被檢測合格診