30萬M3高爐煤氣柜主要部件的焊接

李 軼，范超越

(中國十九冶集團有限公司 煤氣柜工程分公司，四川 成都 611730）

1 項目的質保體系和管理

重鋼環保搬遷30萬m3高爐煤氣柜是目前國內所有的煤氣柜中容量最大的一個類型。在公司領導下，調集一批懂技術，會管理、有經驗并參加過攀鋼12萬m3曼型氣柜，武鋼10、12萬m3曼型柜，酒鋼16.5萬m3新型高爐煤氣柜等各種煤氣柜施工的工程技術人員和管理人員，成立中國十九冶重鋼煤氣柜工程項目經理部，直接領導和管理本工程，實行項目法管理。

項目部管理體系為：項目經理—總工兼質量代表—施工經理—作業層班組。管理上進行了以下幾個方面的工作：

（1）根據項目實際情況與總包方一起成立了三級質保體系。

（2）抽調全公司優秀焊工進行摸底、考試、焊前培訓。

（3）根據現場焊接條件、焊接材料、焊接環境和焊接設備進行CO2氣體保護焊的立向下焊焊接試驗，并進行焊接工藝評定試驗，以確定焊接工藝參數和焊縫的機械性能。

（4）該煤氣柜的側板和活塞板均選用Q235B鋼材，為了保證焊接質量，先模擬現場的施焊條件做焊接工藝性能評定試驗，在此基礎上編制焊接工藝指導書。

⑤根據焊接工藝評定報告對作業層進行詳細的焊接技術交底。

⑥及時跟蹤檢查焊接質量，并根據實際情況及時調整焊接工藝。

⑦組織施工、技術、材料等有關部門負責人和技術人員，從人員、設備、材料、工藝方法、工作環境（即4M1E）五個方面分析不合格原因，找出糾正措施，形成糾正措施建議。

2 煤氣柜焊接要點

重慶鋼鐵（集團）有限責任公司環保搬遷30萬m3高爐煤氣柜主要由59帶側板和32組立柱共同組成一個圓形的新型煤氣柜結構。每帶32塊側板，四組防回轉立柱，28組一般立柱。煤氣柜側板結構為側板與T型鋼焊接組成的結構單元，共有22種不同類型的側板結構；側板安裝接頭型式為V型坡口加襯墊的對接接頭，外側為T型接頭的角焊縫，其中防回轉立柱為內外角焊縫。

2.1 結構尺寸和焊接量

2.1.1 結構尺寸

防回轉立柱規格 H525×300×112×20(30)，材質Q235-B；一般立柱規格 H488×300×11×18，材質Q235-B；T 型鋼規格 T122×175×7×11，材質 Q235-B；側板尺寸規格約6 300×1 800，材質Q235-B。

2.1.2 焊接量

（1）每個側板單元的焊接量如表1所示。

表1 每個側板單元的焊接量

（2）焊接側板結構單元的工程量約為34 000 m。

2.2 焊接施工特點

（1）焊接質量要求高，焊縫有氣密性要求；（2）結構精度要求高；（3）焊縫多為立、橫焊，對焊工技能要求高；（4）施工期緊，且遭遇冬雨季現場作業環境。

2.3 焊接節點

焊接節點如圖1所示。

2.4 焊接流程

焊接流程如圖2所示。

圖1 焊接節點

2.5 正式焊接

（1）焊接材料。

①CO2焊采用H08Mn2SiA焊絲，直徑φ1.2 mm。

②使用的CO2氣體純度應滿足焊接要求，焊接前保持干燥。

③焊條電弧焊焊接時，碳素鋼和碳素鋼焊接、碳素鋼和低合金鋼焊接采用J426或J427；低合金鋼和低合金鋼焊接采用J506或J507。

（2）焊前準備。

①焊接坡口。

圖2 焊接流程

a.焊接坡口按照圖紙尺寸采用機械加工的方法開制；b.焊接接頭組對時，焊接坡口保持平整，坡口間隙、錯邊量、棱角度、結構尺寸均應符合圖紙要求；c.應將坡口表面及兩側10 mm內的水、鐵銹、油污、積渣和其他有害雜質清理干凈；d.焊接前使用的焊條按說明書要求烘干。

（3）焊接工藝參數如表2～表4所示。

（4）焊接環境。

①焊接環境出現下列任一情況時，須采取有效防護措施：氣保護焊時風速大于2 m/s，焊條電弧焊時風速大于10 m/s；雨雪環境；焊件溫度低于-10℃。

②當焊件溫度為-10℃～0℃時，在始焊處100mm范圍內采用氧乙炔焰預熱到15℃以上。

表2 內側焊縫焊條電弧焊工藝參數

表3 內側焊縫CO2焊工藝參數

表4 外側焊縫焊條電弧焊工藝參數

（5）焊接操作紀律。

①必須在坡口內引弧，禁止在非焊接部位引弧；②防止地線、電纜線、焊鉗與結構打弧；③多層焊的各焊層間的接頭應錯開，接弧處要焊透與熔合；④每條焊縫盡可能一次焊完。

（6）焊接順序及防焊接變形措施。

①為保證煤氣柜側板的安裝精度，首先控制側板的制作質量：側板結構單元是T型鋼與側板組合的，通過控制弦長和弦高保證其精度。T型鋼與側板在制作時必須控制在弦高方向的反變形量、安裝后的焊接收縮量及溫度對制作和安裝的影響。其焊接預留收縮量為

式中 L為安裝控制弦長；L1為計算弦長；S為焊縫收縮量，S=K（A/t）[A為焊縫橫截面積，t為焊縫的近似厚度，K為焊縫收縮系數]。

制作和安裝過程中要實際驗證取得焊縫的收縮系數、反變形量和溫度對結構尺寸的影響值。在施工下一個結構單元時進行調整，避免累計誤差，確保側板制作與安裝精度。

②側板與T型鋼的制作必須在特制的弧形工裝（母胎）上進行組對、調整、焊接。側板與T型鋼貼合嚴密后，用弧形公胎與母胎夾緊側板，由兩名焊工從中間向兩邊分段對稱退焊。經檢查合格后，以5~8塊的數量放置在弧形產品架上待安裝。

③安裝前，根據測量立柱與立柱之間的開襠尺寸選配側板。側板在安裝時要杜絕強力就位，安裝前要測量柱間距和對角線。

④側板結構單元安裝找正時利用安裝螺栓輔助找正，側板與T型鋼之間必須貼合嚴密，并調整側板與側板之間的焊接間隙，滿足圖紙設計尺寸后更換安裝螺栓，焊接銷釘，銷釘塞埋深度大于等于2 mm，其塞焊保證熔合良好不泄露。此時利用10 t的千斤頂支撐待焊部位，同時焊接立柱與T型鋼之間連接的加勁板。焊接支撐的拆除要在內外焊縫焊接完、焊縫已冷卻后進行。

⑤氣柜結構焊接順序的基本原則：

a.氣柜按圓周方向劃分為八等份，對稱布置焊接區域，對稱同時焊接。

b.先焊接柜內焊縫，再焊接柜外焊縫。

c.先焊接柜內立焊縫，再焊接柜內環焊縫。

d.先焊接柜外立焊縫，再焊接柜外橫焊縫；側板T加勁與立柱的加勁板的焊接要留在最后進行。

e.采用小電流，快焊速，分段對稱退焊；當采用較大電流焊接時，與之配合的焊接速度必須是較快的，其焊接線能量不能超過評定的合格值。

⑥按煤氣柜圓筒形的結構形式，對稱劃分焊接區域，對稱同時焊接立焊縫。焊接的每一條立焊縫按400~500 mm長度分段退焊。此時結構的拘束度較小，能有效減少與控制結構的焊接內應力和焊接變形。立焊縫的焊接采用CO2焊，內側從下向上焊，外側從上向下焊。

⑦立焊縫焊接結束后才能焊接橫焊縫。橫焊縫從中間向兩端以兩個相間螺栓間距長度分段間隔、退焊或兩名焊工同時采用相同的焊接參數分段對稱焊。此時每條焊縫所引起的焊接變形可以相互抵消。內側橫焊縫的焊接采用CO2焊。

⑧柜內焊縫焊接完畢后，才能焊接柜外焊縫。先焊接立焊縫，由兩名焊工同時對稱采用CO2，向下立焊。焊接防回轉立柱處時尤其要注意，立焊縫一定要熔合良好。橫焊縫從中間向兩端以兩個螺栓間距長度分段間隔、退焊或兩名焊工同時分段對稱退焊。柜外橫焊縫的焊腳尺寸不得超過4 mm。結構的四個端角一方面要熔合良好，另一方面要保證足夠的焊腳尺寸。橫角焊兩種焊接方法任選一種，如圖3所示。

圖3 橫角焊

⑨焊接順序如圖4所示。

⑩焊接操作順序如圖5所示。

2.6 焊接檢驗

（1）焊接完的內部焊縫打磨與側板平整，防回轉立柱處焊縫也應按工藝要求打磨。內部焊縫咬邊深度不大于0.5 mm，連續長度兩邊不超過該條焊縫長度的10%。

（2）內部焊縫焊后進行UT檢測：立焊縫100%檢查，Ⅱ級合格；橫焊縫20%抽查，Ⅲ級合格。

（3）外部焊縫表面不得有裂紋、未熔合、未焊透、表面氣孔、表面夾渣、焊瘤；焊腳尺寸符合圖紙要求；外部焊縫咬邊深度不大于0.5 mm，連續長度兩邊不超過該條焊縫長度的15%。

3 焊接技術小結及新技術應用

（1）對于煤氣柜這類薄壁鋼結構，采用CO2氣體保護焊有如下特點：成本相對低廉，生產效率高，焊接電流密度大，焊絲熔化率高，焊接質量穩定，焊接變形小，焊后打磨量相對小，但焊接成形不夠美觀。

（2）考慮減小焊接變形和焊接應力的措施。

①焊縫形式設計要合理，在低溫和風大的情況下，焊接工序要選擇合適的預熱溫度與焊后熱控制以及防風措施，并嚴格控制焊接順序。

②焊接位置合理安排，盡可能使焊縫對稱；焊縫尺寸要小；焊縫不宜集中，數量要少；多層焊的各焊層間的接頭應錯開，接弧處要焊透與熔合。

圖4 側板焊接順序

圖5 焊接操作順序

③工藝上采取合理的焊接順序：如底板、活塞板、柜頂板焊接要以柜中心對稱布置8個焊接區域，16名焊工對稱同時焊接；按煤氣柜圓筒形的結構形式，對稱劃分焊接區域，對稱同時焊接立焊縫。并且焊接的每一條立焊縫按400~500 mm分段退焊。此時結構的拘束度較小，能有效減少與控制結構的焊接內應力和焊接變形。立焊縫的焊接采用CO2焊，向下立焊。立焊縫焊接結束后，才能焊接橫焊縫。橫焊縫從中間向兩端分段間隔、退焊或兩名焊工同時采用相同的焊接參數分段對稱焊。此時,每條焊縫所引起的焊接變形可以相互抵消。角鋼焊縫焊接完畢后，才能焊接側板焊縫。先焊接立焊縫，由兩名焊工同時對稱采用CO2焊，向上立焊。焊接操作時以300 mm分段間隔、退焊。橫焊縫從中間向兩端分段間隔、退焊或兩名焊工同時分段對稱退焊。柜外橫焊縫的焊腳尺寸不得超過4 mm。結構的四個端角一方面要熔合良好，另一方面要保證逐夠的焊腳尺寸。橫角焊兩種焊接方法任選一種。

④采取反變形措施：

a.剛性固接法。在焊縫兩側放置一些壓塊。

b.錘擊焊縫。用圓頭錘子或風鏟沿焊縫依次捶擊或敲擊，捶擊時力量適中，使焊縫周圍2 mm內受到影響。通過捶擊或敲擊焊縫可以使焊縫得到延伸，從而降低焊接殘余應力，減少變形。

c.選擇合理的焊接工藝參數。盡可能采用小電流快速焊接，減少熱輸入，從而減少變形。

d.適當改變焊接方向。一般采用跳焊法和分段退焊法來減少焊接變形。