窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術

2013-01-01 00:00:00付百東

建筑與文化 2013年2期

【摘要】本文通過對以往爐皮焊接方法缺陷的分析，指出了窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術更適合爐皮焊接，文章重點闡述了窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術方案及我公司使用此技術所取得的效益。文章最后指出窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術非常值得推廣。

【關鍵詞】窄間隙氣電保護焊環縫埋弧焊接

1 概述

1.1 以往高爐工程中，爐殼立縫采用電渣焊，電渣焊操作過程比較繁瑣。體現在焊前需要事先加工好結晶器，根據爐殼各帶板厚準備相應的引弧板和卡具，并且每道焊縫必須選用與焊縫長短相對應的管焊條，焊接前需要將焊縫用泥完全封閉，且焊接時焊接速度較慢，所以焊接效率受多種條件的制約。

爐殼環縫焊接采用手工焊，環縫焊接操作時較其它手工焊接方法難，效率低，容易出現缺陷，且需要多人進行焊接，為保證焊接質量，必須由技術水平高的工人進行操作。

爐殼立縫采用電渣焊，環縫采用手工焊，勞動強度高，效率低，且容易出現缺陷。

1.2 為了改善焊工作業環境，降低勞動強度，提高焊接生產率，并能獲得良好的焊接成形。經過不斷探索，我們總結如下：冶金高爐及熱風爐這種大型鋼結構的爐體（罐體）都是用厚板制成的，其接頭形式大多為直線形長焊縫，焊接施工工程量大，特別適合于自動化焊接。如果應用氣電立焊自動焊接操作機及環縫埋弧自動焊接操作機進行操作，可大大提高焊接的速度，獲得優良的焊縫質量，且成本越來越低，應用所產生的綜合效益明顯。

2 窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術方案

2.1 我公司首次使用窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術是在寧波建龍2560m3高爐及配套熱風爐工程中。此工程包括高爐一座，共分21帶，直徑最大14.2米，最小2.8米，鋼材材質為Q345B，板厚40mm～80mm不等，建筑標高53.2米；熱風爐三座，每座26帶，直徑10米，板厚22mm～80mm不等，建筑標高49.7米。重力除塵器一座，筒體直徑13.04米，高12.7米，共計2500噸。

2.2 主要內容及特點

2.2.1 氣電立焊是一種高效率、高質量的焊接方法。它采用藥芯焊絲，外加CO2氣體保護，即氣渣聯合保護方式，用于焊接垂直和接近于垂直位置的焊接接頭。其成形采取強制成形方式。在焊縫正面用水冷滑塊，焊縫背面用擋塊，利用焊接小車攜帶焊槍、滑塊在剛性軌道上運行，小車隨焊縫熔池的上升而同步上升，焊縫在水冷滑塊作用下強制一次成形。可獲得美觀的焊縫成形和優質的焊縫質量。可焊板厚范圍：單面焊8～35mm，雙面焊26～55mm，可焊板寬1200～3300mm。

2.2.2 環縫埋弧焊是利用特殊的焊接工藝裝置采用普通埋弧自動焊機進行環縫焊接的一種特殊形式，一般用于焊接橫向水平直焊縫和橫向水平環焊縫。該方法利用較小的焊接電流、電弧電壓和較高焊接速度，獲得在橫向上的焊接成形。埋弧焊焊接電弧在焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露，焊接過程自動進行，焊接環境良好。它采用多層多道焊接工藝，焊接熔敷率是手工電弧焊的5～6倍，焊接成本為手工電弧焊的60%以下。可焊板寬1400～2600mm，可焊罐體直徑大于5m。

2.3技術方案

2.3.1氣電立焊所焊焊縫位置垂直或接近于垂直方向，電弧軸線方向和焊縫熔深方向成直角。

中薄板采用V型坡口：最大可焊厚度35mm，坡口在外，在外面焊接。不管鋼板厚度多大，坡口正面都為：17+1mm，背面都為：5+1mm，如圖1（1）；中厚板采用X型坡口：最大可焊厚度55mm。不管鋼板厚度多大，外面坡口都為：17+1mm，間隙為：6+1mm，如圖1（2）。大于55mm板，外面放銅排，先在內面用手工電弧焊打底至55mm坡口，再自動焊接。

2.3.2.環縫埋弧焊采用多道多層焊接工藝，打底焊道是最關鍵的一條焊縫，打底焊道易出現焊穿、夾渣、未熔合、氣孔等缺陷，打底焊道的好壞直接影響下一焊道的焊接質量和操作施焊的難易程度。由于坡口寬度，間隙不完全一致，所以要根據每一段坡口的條件，改變焊接速度，保證打底焊道的焊肉均勻一致、上下熔合良好。打底焊道修補好后再焊接下一道焊縫，焊好打底焊道，是保證焊接質量的前提。焊接下一道焊縫前，應對前一道焊縫進行修整。根據情況可以開不等邊K形坡口，焊接時，先焊外壁，后焊內壁。焊槍角度在25°～30°為宜。坡口形式、壓道方式如圖2（1）、圖2（2）。

2.3.3.焊接規范參數均根據焊接工藝評定試驗確定。

2.3.3.1環縫埋弧焊焊接工藝參數

焊接電流300－350A

電弧電壓24－38V

焊接速度0－2000mm/min

快行速度2000 mm/min

2.3.3.2氣電立焊焊接工藝參數

焊接電流300－400A

電弧電壓24－38V

焊接速度0－1000mm/min

2.3.4.最低預熱溫度（如表1）

2.3.5.預熱的加熱區域應在焊接坡口兩側寬度應為施焊處厚度的1.5倍以上，且不小于100mm，預熱溫度應在施焊處反面測量。

2.3.6.消氫處理的加熱溫度為200－250℃，保溫時間應依據板厚按25mm不小于0.5小時，且總保溫時間不小于1小時確定。達到保溫時間后緩冷至常溫。

2.4. 實施效果

氣電立焊與電渣焊相比，焊接熱影響區小，焊接應力小，能夠提高焊接部件的內在質量。環縫埋弧自動焊與手工焊相比，能夠利用較小的焊接電流、電弧電壓和高的焊接速度，獲得焊縫成形。其勞動強度小，焊接自動化程度高，焊接環境好。

窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用，減少了人力投入，減少了人為因素對質量的影響，能提高生產率，獲得優美的焊縫成形和優質的焊接質量。

氣電立焊可廣泛用于罐體、高爐、船體、管道等鋼結構立縫的自動化焊接，環縫自動焊用于焊接橫向水平直焊縫和橫向水平環焊縫，其操作簡單、方便，且自動化程度高，質量好，速度快，能提高效率，降低工程成本，效果很好，目前已在我公司內廣泛應用。如果這兩項技術在更大范圍內推廣，將能獲得更好的綜合社會效益。

2.5坡口與板厚的關系

在同行業中率先使用窄間隙氣電保護焊及環縫焊接技術，并在實施過程中，經過做焊接工藝評定試驗，反復試焊，確定了關鍵技術，確定了坡口與板厚的關系。

2.5.1窄間隙氣電立焊坡口尺寸不隨鋼板厚度而改變，鋼板厚度不同，坡口角度相同。

2.5.2環縫埋弧焊開不等邊K形坡口，焊接時，先焊外壁，后焊內壁。改變了以往埋弧焊僅限于平焊位置的傳統方法。

2.5.3與現場實際相結合，通過試驗，確定了合理的焊接工藝參數。

2.5.4根據焊接工藝要求，確定現場條件。

2.6 容易出現的問題及改進措施

氣電立焊在所有電弧焊方法中其焊接生產率為最高，它的焊接生產率是手弧焊的30多倍，焊接板厚20mm、長2400mm的立縫，氣電立焊僅用20分鐘，而手弧焊要用10小時。

環縫埋弧自動焊焊接熔敷率是手工電弧焊的5～6倍。考慮坡口截面、熔敷速度、純焊接時間等因素，焊接一座5萬立方米的大型貯油罐其橫焊的焊接成本為手工電弧焊的60%以下，焊接生產率高，大大減輕了工人的勞動強度，減少了原材料及能源的消耗，提高了焊接質量。

容易出現的問題：氣電立焊及環縫埋弧自動焊在送絲速度一定的條件下，電流太大或電壓太高，能量將增大，焊縫表面容易出現氣孔、夾渣、咬邊、接頭不良等現象，而且探傷不合格，影響焊縫質量。

改進措施：進行焊接工藝評定試驗，并在合格后，制定焊接工藝規范，確定焊接方案。在焊接時，把電流或電壓控制在焊接工藝評定確定的參數范圍內。

3 窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術取得的效益

3.1經濟效益（如表2）

3.2社會效益

我公司自2003年推廣窄間隙氣電保護焊及環縫焊機的應用技術以來，主要應用于冶金高爐爐體及熱風爐等大型鋼結構主體結構的焊接。立縫氣電立焊操作機同橫縫埋弧自動焊操作機組合配套使用是實現貯油罐、高爐等大型鋼結構自動化焊接的理想設備。

我公司把這兩項先進的焊接技術積極投入到施工中，提高了我公司的焊接技術水平，樹立了我公司形象及品牌，為我公司以后承建此類工程創造了良好的信譽。

該舉措縮短了工程工期，并使業主投入周期明顯縮短，見效快，給業主提前帶來效益。這兩項先進焊接技術的應用，提升了我公司的市場競爭力，為我公司在鋼結構市場中占有不可動搖的地位打下了堅實的基礎，并為我公司開拓非冶金市場創造了有利條件，其綜合社會效益是無可估量的。如果此兩項技術推廣開來，應當說是該行業的一場革命，充分體現出現代化科學技術的生產力！

4 推廣應用情況

2003年4月-2004年3月，在寧波建龍2560m3高爐工程中首次應用氣電立焊及環縫埋弧自動焊技術，用于高爐及熱風爐殼體的焊接。

2003年6月-2004年4月，推廣用于萊鋼大H型鋼生產線2#1880m3高爐鋼結構工程高爐及熱風爐殼體的焊接

2004年3月-2004年6月，推廣用于承德1260m3高爐工程高爐及熱風爐殼體的焊接。

2004年6月-2004年8月，推廣用于本鋼3#2560m3高爐工程高爐及熱風爐殼體的焊接。

2005年2月-2005年10月，推廣用于萊鋼銀山前區1#、2#兩座1000m3高爐工程高爐殼體的焊接；宣鋼1880m3高爐熱風爐工程熱風爐殼體的焊接。

2006年2月-2006年10月，推廣用于承德2500m3高爐工程。

目前正應用于我公司承建的所有高爐工程及熱風爐工程的焊接。

5 結論

此兩項新技術的應用，使我公司獲得了良好的綜合效益。不僅節約了成本，還大大提高了生產率，縮短了鋼結構工期，為業主早創效益爭取了寶貴的時間，大大提升了我公司的市場競爭力，非常值得推廣。

參考文獻

[1] 鋼結構工程施工質量驗收規范 GB50205-2001