高爐爐殼裂紋的焊補(bǔ)工藝

柳 成，王寶香，張艷芳

（唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山063000）

高爐爐殼裂紋的焊補(bǔ)工藝

柳 成，王寶香，張艷芳

（唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山063000）

唐鋼煉鐵廠高爐爐殼鐵口下方有一較長立縫多次開裂，分析了裂紋產(chǎn)生原因和現(xiàn)場(chǎng)操作特點(diǎn)。采用焊條電弧焊打底、CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡焊和蓋面層焊，選用直徑φ1.2 mm的HSM307Si焊絲，以及 （Ar）98%+（O2）2%的混合保護(hù)氣體，經(jīng)焊接工藝評(píng)定后應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)操作，效果良好。

爐殼；裂紋；焊補(bǔ)

0 前言

唐鋼煉鐵廠3 200 m3高爐于2007年投產(chǎn)，高爐爐口標(biāo)高46.50 m，設(shè)有4個(gè)鐵口，鐵口中心高10.78 m。高爐在使用過程中，4#鐵口下方位置有一條大約2 000 mm長的立焊縫開裂，經(jīng)過多次焊補(bǔ)，仍沒有解決開裂問題，采用灌漿封堵的方法維持生產(chǎn)。現(xiàn)利用高爐大修時(shí)機(jī)徹底修復(fù)此焊縫。

1 裂紋產(chǎn)生原因

爐殼鋼板厚度大，剛性大，焊接過程中產(chǎn)生的較大拘束應(yīng)力沒有被消除，在接頭應(yīng)力集中處或缺陷處易出現(xiàn)裂紋。高爐鐵口在放鐵水前后溫差大，產(chǎn)生熱應(yīng)力大，導(dǎo)致焊接接頭的塑性和韌性降低，直至產(chǎn)生焊縫熱疲勞裂紋。

2 焊補(bǔ)方案的制定

爐殼原始焊接方法采用CO2氣體保護(hù)焊+埋弧自動(dòng)焊、雙面X型坡口進(jìn)行焊接，焊縫超聲波探傷為合格（Ⅱ級(jí)）。開裂后采用焊條電弧焊+低氫型E5015焊條，或CO2氣體保護(hù)焊+ER50-6焊絲焊補(bǔ)多次，仍然出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。此次大修決定采用新的焊接方法、工藝和焊接材料進(jìn)行焊補(bǔ)。由于爐殼焊接性能的不確定性，焊前要做焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)焊接難點(diǎn)

爐殼板厚74 mm，一般應(yīng)開X型坡口，但在檢修時(shí)不可能做到，只能從爐殼外側(cè)開單面坡口，采用單面焊雙面成形的方法。目前爐殼內(nèi)壁是采用液態(tài)灌漿料來封堵裂紋，雖然經(jīng)過加熱后可以凝固，但在焊接過程中會(huì)嚴(yán)重影響焊縫的背面成形，無法保證焊接質(zhì)量，所以選擇單面坡口、背面加襯墊的形式。為了避免焊縫再次開裂，要使用新的焊接方法和焊接材料增加焊縫的塑性和韌性。

2.2 BB503鋼的焊接性分析

唐鋼3 200 m3高爐的材質(zhì)為BB503鋼，鋼板厚度74mm。BB503鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。

通過分析BB503鋼化學(xué)成分和計(jì)算碳當(dāng)量Ceq（JIS）=（C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14=0.16+ 1.36/6+0.41/24）×100%=0.404%≈0.40%，BB503鋼的焊接性良好。但爐殼板厚大，剛度大，焊接接頭的殘余應(yīng)力大，有一定的冷裂傾向[1]，因而焊前需預(yù)熱，且保持層間溫度。多層多道焊時(shí)，打底層要控制熱輸入。

2.3 焊接方法和焊接材料的選擇

打底層焊接選擇焊條電弧焊。由于板材的厚度大、坡口角度小，如使用CO2氣體保護(hù)焊，擺動(dòng)不便，不能保障單面焊雙面成形，所以打底層選擇焊條電弧焊。根據(jù)爐殼的化學(xué)成分和力學(xué)性能，打底層選擇JS-307低氫型不銹鋼焊條，該種焊條耐龜裂性和抗氧化性佳，適合焊接厚板及拘束力大的焊件。過渡層和蓋面層選擇CO2焊焊接電源，采用直徑φ1.2 mm的HSM307Si焊絲，焊后焊縫組織為全奧氏體，含錳量高，裂紋敏感度低，抗裂性能佳，具有很高的塑性。保護(hù)氣體選用（Ar）98%+（O2）2%的混合氣體，以增加電弧穩(wěn)定性，減少飛濺、氣孔和咬邊，提高焊接接頭質(zhì)量。JS-307焊條和HSM307Si焊絲的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表3、表4所示。

2.4 試件制作

為了驗(yàn)證焊接工藝的可行性，進(jìn)行了以下模擬試驗(yàn)[2]。

將一塊規(guī)格為1 200 mm×1 200 mm×80 mm的低碳鋼板中間開320 mm×470 mm的窗口，將兩塊500 mm×180 mm×74 mm的BB503鋼板用碳弧氣刨開U型坡口，坡口角度50°，根部半徑10 mm，如圖1所示，組對(duì)后進(jìn)行固定焊（見圖2），然后呈立縫位置固定低碳鋼板。

焊接工藝參數(shù)如表5所示。

焊前預(yù)熱，使用電加熱片加熱到150℃～200℃。將襯墊固定在BB503鋼板背面，采用多層多道焊，打底焊使用焊條電弧焊，焊前焊條350℃～400℃烘干1～2 h后保溫桶保溫，隨用隨取，焊后徹底清渣。使用CO2焊焊接鋪底過渡層、過渡層和蓋面層，焊接順序如圖3所示。為減小焊接應(yīng)力和變形，焊接過程中道間溫度不得高于200℃，CO2焊采用直流正接。

焊接完成，焊縫冷卻24 h后進(jìn)行超聲波檢測(cè)，符合JB/T4730-2005中Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)（GB/T232-1999、GB/T228-2002），試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

對(duì)焊縫進(jìn)行金相分析，其組織為奧氏體，且組織均勻。試樣經(jīng)王水溶液腐蝕后，檢驗(yàn)低倍組織結(jié)果顯示焊接區(qū)無未熔合、裂紋缺陷，符合JGJ81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》中的要求。

2.5 爐殼現(xiàn)場(chǎng)焊補(bǔ)

（1）用碳弧氣刨將裂紋清除干凈，按模擬試驗(yàn)坡口角度開坡口，用角磨機(jī)和專業(yè)棒砂輪打磨坡口，直至露出金屬光澤，并做著色檢驗(yàn)，確認(rèn)無裂紋后，再進(jìn)行下一工序，爐殼坡口形狀如圖4所示。將襯墊墊在爐殼里側(cè)。

（2）預(yù)熱。現(xiàn)場(chǎng)爐殼溫度約為50℃，用電加熱片加熱到150℃～200℃進(jìn)行預(yù)熱。

（3）先采用焊條電弧焊焊接打底層，然后使用CO2焊焊接鋪底過渡層、填充層和蓋面層。焊補(bǔ)后焊縫表面如圖5所示。

（4）嚴(yán)格按照試驗(yàn)評(píng)定合格的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，鋪底過渡層要保證焊縫與母材熔合良好。

3 結(jié)論

爐殼焊補(bǔ)后焊縫經(jīng)超聲波檢測(cè)和表面著色檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)裂紋和其他缺陷，投入使用一年多，未見焊補(bǔ)處出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。通過此次焊補(bǔ)驗(yàn)證了使用CO2焊焊接電源、氬氣+氧氣混合氣體和不銹鋼焊接材料焊接大厚度合金鋼高爐爐殼是可行的，焊接效果較好。

[1]盧立香，許立新，閻增興.特大型高爐爐殼專業(yè)鋼BB503現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝[J].焊接技術(shù)，2005，34（1）：27-29.

[2]全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

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Welding repair of blast furnace shell

LIU Cheng，WANG Bao-xiang，ZHANG Yan-fang
（Tangshan Vocational College of Science and Technologe，Tangshan 063000，China）

In the Tangshan Iron and steel ironworks，a blast furnace shell iron mouth has a long standing seam repeated crack.This paper analyses the cause of the crack and the characteristics of field operation，adopts SMAW as backing welding，CO2gas shielded arc welding as layer and cosmetic welding，selects the diameter 1.2 mm HSM307Si wire，and（Ar）98%+（O2）mixed shielding gas 2%.The evaluation of welding process applied to the operation site good effect.

blast furmace shell;crack;welding repair

TG455

：B

：1001-2303（2014）02-0091-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.22

2012-08-28

柳 成（1971—），男，河北唐山人，副教授，學(xué)士，主要從事金屬焊接材料與工藝的研究工作。