淺談如何提高噴火梁的焊接質量

李永平

摘要：噴火梁是梁式石灰窯的核心部件，由于長期處于1000度以上的高溫環境下工作，并且使用條件較差，容易出現焊縫開裂而漏油的問題。所以，對焊縫的焊接質量和梁體形狀要求較高。通過采取相應的工藝措施，使噴火梁的質量不斷提高，現在已達到國內領先水平，接近國際水平。

關鍵詞：噴火梁，石灰窯，焊接質量

噴火梁是梁式石灰窯的核心部件，它由噴火梁梁體和燒嘴兩部分組成。由于長期處于1000度以上的高溫環境下工作，并且使用條件較差，容易出現焊縫開裂而漏油和燒嘴燒壞后更換兩個問題。所以，對焊縫的焊接質量和梁體形狀要求較高。但是，由于噴火梁本身的焊縫密集（每根工字型梁焊縫有近30條）、焊接尺寸長（每根梁長度在5-7米左右），結構復雜（雙腔結構、蛇形油路），重量大（每根重量在2-3噸）等特點，所以，在制作起來難度很大。尤其是噴火梁的焊接質量和梁體變形是困擾技術工藝和生產制作人員的難題。為了攻克這個難題，我和我的同事做了大量的研究、試驗，并在實踐中取得了很好的效果。現在，我將我的經驗介紹如下，希望能對同仁有所幫助。

1. 基本細節的控制

制作噴火梁的要求應高于普通非標設備，要細致到各個工序的控制。否則，累計的誤差會導致最終成品的形狀無法控制。具體要做到：

1.1 下料尺寸的控制：噴火梁的面板下料采用數控多槍同時切割，并且在每切割2米左右留一個斷點，以減小切割變形。每塊板料嚴禁拼接，減少焊縫等不利缺陷的產生。對孔板的加工，采用先開孔后下料的方式，以減少由于板的變形而影響開孔的精度問題。在面板切割的時候，將面板寬度尺寸適當加寬3-5mm，為后道齊邊工序留有加工余量。

1.2 機加工序控制：在面板下料完成后，一定要先校形。在形狀合格后，才允許放到銑邊機上加工。首先要齊邊，將面板兩側齊至設計尺寸。其次是銑坡口。調整銑邊機上銑刀的角度，銑至滿足設計要求的尺寸。在齊邊和銑坡口工部時，要逐漸銑至要求尺寸，避免由于一次吃刀量過大而損壞設備和引起面板的反彈變形。

1.3 組對工序控制：組對質量的好壞，直接影響著噴火梁的焊接和變形情況，因此，該工序非常重要。組對間隙的控制很關鍵，可以采用制作適當的工裝來控制。組對時的點焊一定要規范，并且盡量做到梁體的左右對稱、間隔均勻。

1.4 焊材烘干控制：焊接用的焊條、焊劑等一定要按規定做烘干處理，否則會帶來焊縫的內在缺陷。在焊條烘干后，一定要放在保溫桶內，隨用隨取。對需要二次使用的焊條，也一定要經過烘干，并且焊劑用40目以上的篩子過篩后方可使用。

1.5 焊接參數控制：焊接參數的選擇，在通用焊接工藝的指導下，主要通過焊接試驗來進行驗證，找出最佳的焊接參數來執行。

2. 對影響焊接變形因素的環節重點控制

對減少焊接變形控制上，我們主要從兩個方面進行：一是減少產品焊接變形的發生因素；二是對已經發生變形的產品進行校形處理。重點是控制前者。

2.1 減少產品焊接變形的發生因素

2.1.1 減少焊接量：由于噴火梁本身具有焊縫密集、焊縫尺寸長的特點，因此減少每條焊縫坡口的角度，對減少梁體焊縫的焊接質量影響明顯。同時，也降低了焊縫缺陷產生的幾率，節省了焊材，降低了人工、設備、用電量等的消耗，也減小了梁體的變形量。為此，我們進行了多次焊接試驗，使焊接坡口角度減小后，保證焊接的強度不變。同時，焊接參數也相應作出合理的調整。最終，達到了理想的效果。

2.1.2 改進焊接結構：T型噴火梁的翼邊，在老結構中采用的是鑲嵌板條后塞焊的制作方式，在窯內高溫燃燒的環境中使用后，容易發生燒損而漏油事故。經過分析原因，發現是由于部分焊縫容易出現未熔合缺陷導致的，該結構存在嚴重的弊端。在經過多方研究后，將此處改為翼板結構形式。結果，焊接缺陷減少了，焊縫質量提高了，漏油現象也控制住了。但是，新結構在噴火梁的翼邊兩側各增加了一道焊縫，使焊接量增加了，焊接變形較大。為了改善噴火梁的外觀，實現內部燒嘴的互換，我們對該處結構再次進行了改進。將上內面板改為L形狀，采用機加工成型。此結構不但減少了焊縫及焊接量，還大大減少了焊接變形量，使噴火梁整體上更加美觀。

2.1.3 調整組裝順序：在側內面板的上部由于焊有十幾個噴口位置的扁圓環，增加了焊接量和焊接的不均勻性因素，導致梁體內腔經常發生彎曲變形，增大了內應力。我們經過研究其特點后，對傳統的組裝順序進行了調整。改為先將扁圓環和側內面板組焊在一起，校形合格后，再與上下內面板組對。這樣既減少了變形，又避免了強力組對，減小了內應力的產生。

2.1.4 改變焊接順序：由于焊接變形具有絕對性，利用變形的互相制約來控制變形，是我們一直在研究的問題。我們在實踐中，也總結出了一些方法。噴火梁是一種方正的腔體式結構，我們將組對好的腔體，采用對角順序焊接，焊后梁的形狀要比按順時針或逆時針順序焊接效果好。在此基礎上，我們又近一步發現，采用同向焊接方式，梁體的變形會更小，成型效果更好。在焊接面板兩側多個扁圓環時，我們又采用跳躍式焊接、從中間向兩邊同時焊接等方式，同樣收到了非常好的效果。

2.1.5 加設工藝板：工字型梁的工字結構由于板材厚，焊接量大，焊完變形較大。為了減小變形量，我們在其上下面板上分別添加了多塊工藝板，并對工藝板的尺寸、規格、焊接要求、組焊間距等方面進行了嚴格規定。經過工藝板的固定，梁體上下面板的變形情況得到了明顯改觀，滿足了設計要求。工字型梁的下內面板由于其窄而長，采取懸臂單側焊接，在焊后出現上翹且波浪式變形，直接影響到腔體燒嘴的高低不平和與噴口的配合情況。經過研究，我們也為其量身定做了工裝。在下內面板下側增加了與腔體高度相等的板條，并在下面板與下內面板之間增加了多處[形狀的可調整工藝板卡具。這樣既防止了懸臂焊接的上翹現象，又避免了下內面板的波浪式不規則變形。

2.1.6 采用預變形：對于方形噴火梁結構，由于其火焰噴口在下部，并且數量較多，口徑較大，導致上下面板處焊接量嚴重的不對稱。在下部的噴口焊接完成后，梁體就會出現40-60mm的上拱現象。為了改變這種不良變形，我們將梁體的側面板在組對前采取了下撓式的預變形措施。隨著焊接過程的進行，梁體變形與之前做的預變形逐漸抵消，直至最后焊接完成后，兩者完全抵消，梁體成直線形。

2.2 對已經變形的產品進行校形處理

2.2.1 壓力矯正：壓力矯正主要采用壓力機、千斤頂和手工錘擊的方法。對于采用千斤頂矯正時，可以制作2個以上的門字形框架，用對角放置的千斤頂與變形方向反向逐漸用來，至矯形稍過些為好（根據經驗使矯過的尺寸不超過回彈量為好）。對于成品后的頑固變形，可采用退火后加壓力矯形，效果會更好。

2.2.2 熱矯形：熱矯形是利用火焰進行局部加熱以期冷卻收縮后引起新的塑性變形來抵消已經產生的焊接變形，用以達到矯正焊接變形的目的。火焰矯正采用氧—乙炔火焰，加熱時一般采用中性火焰。我們對梁體面板的矯形，多采用兩種方式：線狀加熱和三角形加熱。加熱溫度不超過730℃（呈褐紅色至暗櫻紅色），用眼睛觀察加熱部位的顏色來判斷加熱的大致溫度。T型梁焊后產生翼板的角變形和整梁的彎曲。合理的順序是應先矯正角變形，再矯正側彎，最后矯正上拱或下撓的變形，而不是相反順序。在火焰矯正的加熱位置通常都遠離焊縫，矯正區焊縫處的焊接殘余應力狀態基本保持不變。并且注意，在火焰矯正噴火梁過程中，禁止采用水急冷的方式。

除以上的控制措施外，在制作過程中，還可以采用增加工序間的矯正、多道焊時采取錘擊釋放應力等措施。在整個制作過程中，內腔形狀的控制是關鍵。前道工序不合格，不得轉入下道工序。否則，誤差累計起來將造成嚴重變形。

3. 效果：

由于采取了以上措施，使噴火梁的質量不斷提高，現在已達到國內領先水平。我相信，通過我們不斷的努力，肯定會使我國的噴火梁制作水平達到國際上弗卡斯梁的制作標準。