回轉窯筒體焊接質量控制技術

晏旅軍,黃曉燕

(中國五冶集團機電分公司，四川成都610066)

1 概況及特點

某鋼廠120萬噸/年氧化球團工程回轉窯，筒體長33m，直徑5m，筒體材質Q245R，自身重量 192.8t，分4段運至安裝現場，各段筒體長度分別為：7.08m、8.42m、8.5m、9m。尺寸大，重量重。

回轉窯組合安裝在標高15.22m的基座上，就位、對接、焊接及調校都在高空進行。

回轉窯筒體壁厚34mm，其環焊縫3道，每道焊縫長度15.7m，每道焊接7層，焊縫總長度共計47m，焊接工作量大。

2 焊接施工要求及難點

2.1 焊接后幾何尺寸質量主要要求

(1)筒體窯頭、焊縫處、窯尾的徑向位移偏差不大于3.6mm。

(2)Ⅰ、Ⅱ擋托圈徑向跳動不大于2mm，端面跳動不大于3mm。

(3)齒圈徑向跳動不大于1.5mm，端面跳動不大于1mm。

(4)Ⅰ擋托圈中心線至窯頭端面距離允許偏差±2mm。

(5)Ⅱ擋托圈中心線至窯尾端面距離允許偏差：±2mm。

(6)筒體安裝總長度偏差±10mm。

2.2 難點

(1)回轉窯筒體外型大，自身重，分段運輸到現場，需要現場進行組對焊接，在高空組對、打磨、焊接和調校焊口的難度非常大。

(2)由于筒體外殼鋼板厚，焊縫均為環焊縫，焊接收縮變形量大且不易控制，在幾何尺寸要求較高的情況下，采取焊接工藝及焊前預熱、焊后熱處理工藝，控制和預留變形量，滿足部位尺寸偏差及徑向位移等技術指標要求，使其誤差值在允許范圍內是一個關鍵的問題。

(3)為了保證焊接質量，必須通過轉動筒體來實現最佳焊接位置。由于在筒體各節焊接時，驅動裝置尚未安裝完畢，故要考慮采用臨時裝置來轉動筒體，以獲得最佳焊接工位保證焊接質量。

3 準備工作

(1)在環焊縫位置附近用腳手架或型鋼搭設臨時支撐架，架頂放置臨時支撐輥，使筒體可以在其上滾動。在地面上設置卷揚機，鋼絲繩纏繞回轉窯筒體，需要時啟動卷揚機轉動筒體，實現筒體位置轉換，方便焊接和檢測調校。

(2)回轉窯筒體共有3條環焊縫，每條環焊縫長約15.7m，需焊7層。焊接工作量大，焊接需時長。由于焊接作業均在室外高空，均為露天作業，故需要在焊接部位搭設防風大棚。

(3)焊接工機具的好壞及是否配套，直接影響到焊接工效和焊縫的質量，為確保焊縫質量，必須配備以下專用設備和工具：氣體保護焊機PANA-AUTO、KTY600-11;碳弧氣刨;空氣壓縮機;鋼絲刷、角向磨光機、對講機。

(4)根據對稱焊接的工藝要求，外環縫焊接應在兩側立焊(3點和9點)位置分別搭設一個焊接操作平臺，內環焊縫焊接應制作專門的腳凳，并應有防觸電措施。

(5)焊接前應做焊接試件，進行工藝評定，以合格的工藝評定報告為基礎制定焊接工藝指導書，經技術交底后方可進行正式的焊接作業。上崗施焊的焊工應持相應焊接位置的合格證書。

4 焊接工藝

4.1 焊接工藝參數

(1)坡口形式：筒體環縫坡口形式一般為不對稱X形坡

圖1 環縫坡口示意

口(圖1)，坡口角度為60°偏差不大于±5°，間隙=2mm±1mm，偏差不大于0.5mm，錯邊量不得大于2mm。坡口形成尺寸見圖(板厚為34mm)：

(2)主要參數選擇見表1。

表1 主要焊接參數

4.2 焊前操作要點

(1)焊前應檢查筒體的同軸度，筒體窯頭、焊縫處、窯尾的徑向位移偏差不大于3.6mm;Ⅰ、Ⅱ擋托圈徑向跳動不大于2mm，端面跳動不大于3mm；齒圈徑向跳動不大于1.5mm，端面跳動不大于1mm。筒體全長允許偏差小于10mm，檢查合格后方可進行焊接。

(2)將坡口表面飛邊、毛刺、油跡、鐵銹等污物清除干凈，坡口內外50mm范圍內用角向磨光機打磨出金屬光澤。

(3)焊前需用火焰加熱方式對焊口及周邊進行預熱。

(4)由于筒體在焊接后的收縮(每個對接處的收縮)，為保證焊后長度符合設計要求，在對接焊縫處適當加些扁鋼固定，調整好軸向間隙和徑向尺寸。

(5)筒體確定了對接截面的接口方位，在對接前對準接口方位，焊上對拉螺栓，并在接縫內放入扁鋼墊，且點焊牢固。

(6)筒體對接找正后即可點焊，點焊采用的焊材必須與正式焊相同，點焊不得有咬肉及夾渣現象，每處點焊長度為150～250mm，焊縫高度為5mm。

4.3 焊接工藝要求

(1)焊接順序。所有環縫均先焊外側、后焊內側，焊接順序必須從窯的一端向另一端按接口順序進行，不得中間跳開接口進行焊接。

(2)施焊位置。為了減少焊接變形，內外側焊縫應在立焊位置對稱焊接，見圖2。

圖2 筒體施焊位置示意

(3)筒體施焊前，應在內外沿周長按圖2劃出12等分標記，施焊長度嚴格按標記進行。

(4)每條焊縫由2名焊工在圖1中1號位置同時施焊，1號位置打底層完成后，采用卷揚機轉動筒體，將筒體按順時針方向旋轉，將2號位置轉至3點及9點位置再進行焊接。依此類推按編號順序完成其余編號位置的各層焊接。

(5)焊接分多層焊接，焊縫分層及順序見圖3。第一層采用淺層焊接(約4mm)，第二層均采用稍深層焊縫焊接(約6mm)，焊縫各層間的起、熄弧點不得重疊。

圖3 環縫焊接層次及順序示意

(6)外側蓋面層前一層焊縫應控制在距離窯體外表面1～1.5mm，最高不得大于2.5mm，焊縫層間清理采用角向磨光機打磨。

(7)內口清根。當外口焊接完畢后，要對窯筒體中心線進行一次復查，確認無誤后就可以將窯內的支撐對接螺栓、對接板等全部割除，進行清根工作。清根工作采用直徑8mm及10mm碳棒氣刨，寬度10～15mm。深度切至新焊肉為止。

(8)內口焊接。內坡口較小，一般焊二層，焊接方法與外口相同。但是，焊縫高度在回轉窯燒成帶處不得大于0.5mm,其它區段不得大于1.5mm，焊縫最低點不得低于筒體表面且應飽滿。

(9)焊接時，周圍環境溫度控制在15℃～30℃之內為宜。

(10)焊接操作控制技巧：

物理改良具有工藝簡單，檢測方便，因地適宜，而且有利于當地雨季施工。當地雨季雖降雨頻繁，但日降雨量小，持續時間短，故雨季施工影響不大。混合后的填料塑性指低，即使淋雨也能在很短時間內晾干，適合雨季施工的特點，該法在前期解決了20×104m3的填方施工。

混合后可按礫石土的工藝施工，避免砂性土單獨填筑時必須增加包邊土的工藝和額外投入。

5.2 離析控制

在平地機進行精確平整過程中，由于重力的影響，會產生離析現象。平地機在平整過程中，粗顆粒極易匯集在一起，形成“集料窩”。因此攤鋪時必須采用網格掛線施工，一車料基本可以堆滿一格，這樣可以解決“集料窩”的問題，同時采用機械配合人工輔助，對局部“集料窩”地段進行人工清除和補細料拌合，平整碾壓。

5.3 最佳含水率控制

施工前需對混合料進行試驗，確定施工中的最佳含水量。最佳含水率的控制分別在悶料過程和混合料充分混合和平整中進行控制。通過在取土場悶水使砂性土充分侵潤，在拌合和整平過程中，再次灑水使混合料達到最佳含水率，對于過濕的混合料，要加強翻拌和晾曬，待含水率合格后再進行碾壓。進行下一層施工前，對已完的面層應灑水保持濕潤，確保層間結合緊密。

[1]ASTMdesignationD3282-09[S]

[2]TB10001-2005 鐵路路基設計規范[S]

[3] 王艷. 砂性土作高速公路路基應力與應變分析[M]. 北京：中國鐵道出版社，1995