回轉(zhuǎn)窯筒體焊接質(zhì)量控制技術(shù)

晏旅軍,黃曉燕

(中國五冶集團(tuán)機(jī)電分公司，四川成都610066)

1 概況及特點(diǎn)

某鋼廠120萬噸/年氧化球團(tuán)工程回轉(zhuǎn)窯，筒體長33m，直徑5m，筒體材質(zhì)Q245R，自身重量 192.8t，分4段運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)，各段筒體長度分別為：7.08m、8.42m、8.5m、9m。尺寸大，重量重。

回轉(zhuǎn)窯組合安裝在標(biāo)高15.22m的基座上，就位、對(duì)接、焊接及調(diào)校都在高空進(jìn)行。

回轉(zhuǎn)窯筒體壁厚34mm，其環(huán)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(jì)47m，焊接工作量大。

2 焊接施工要求及難點(diǎn)

2.1 焊接后幾何尺寸質(zhì)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(dòng)不大于2mm，端面跳動(dòng)不大于3mm。

(3)齒圈徑向跳動(dòng)不大于1.5mm，端面跳動(dòng)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(diǎn)

(1)回轉(zhuǎn)窯筒體外型大，自身重，分段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組對(duì)焊接，在高空組對(duì)、打磨、焊接和調(diào)校焊口的難度非常大。

(2)由于筒體外殼鋼板厚，焊縫均為環(huán)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(yù)熱、焊后熱處理工藝，控制和預(yù)留變形量，滿足部位尺寸偏差及徑向位移等技術(shù)指標(biāo)要求，使其誤差值在允許范圍內(nèi)是一個(gè)關(guān)鍵的問題。

(3)為了保證焊接質(zhì)量，必須通過轉(zhuǎn)動(dòng)筒體來實(shí)現(xiàn)最佳焊接位置。由于在筒體各節(jié)焊接時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置尚未安裝完畢，故要考慮采用臨時(shí)裝置來轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，以獲得最佳焊接工位保證焊接質(zhì)量。

3 準(zhǔn)備工作

(1)在環(huán)焊縫位置附近用腳手架或型鋼搭設(shè)臨時(shí)支撐架，架頂放置臨時(shí)支撐輥，使筒體可以在其上滾動(dòng)。在地面上設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)，鋼絲繩纏繞回轉(zhuǎn)窯筒體，需要時(shí)啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，實(shí)現(xiàn)筒體位置轉(zhuǎn)換，方便焊接和檢測(cè)調(diào)校。

(2)回轉(zhuǎn)窯筒體共有3條環(huán)焊縫，每條環(huán)焊縫長約15.7m，需焊7層。焊接工作量大，焊接需時(shí)長。由于焊接作業(yè)均在室外高空，均為露天作業(yè)，故需要在焊接部位搭設(shè)防風(fēng)大棚。

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

(4)根據(jù)對(duì)稱焊接的工藝要求，外環(huán)縫焊接應(yīng)在兩側(cè)立焊(3點(diǎn)和9點(diǎn))位置分別搭設(shè)一個(gè)焊接操作平臺(tái)，內(nèi)環(huán)焊縫焊接應(yīng)制作專門的腳凳，并應(yīng)有防觸電措施。

(5)焊接前應(yīng)做焊接試件，進(jìn)行工藝評(píng)定，以合格的工藝評(píng)定報(bào)告為基礎(chǔ)制定焊接工藝指導(dǎo)書，經(jīng)技術(shù)交底后方可進(jìn)行正式的焊接作業(yè)。上崗施焊的焊工應(yīng)持相應(yīng)焊接位置的合格證書。

4 焊接工藝

4.1 焊接工藝參數(shù)

(1)坡口形式：筒體環(huán)縫坡口形式一般為不對(duì)稱X形坡

圖1 環(huán)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(cuò)邊量不得大于2mm。坡口形成尺寸見圖(板厚為34mm)：

(2)主要參數(shù)選擇見表1。

表1 主要焊接參數(shù)

4.2 焊前操作要點(diǎn)

(1)焊前應(yīng)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(dòng)不大于2mm，端面跳動(dòng)不大于3mm；齒圈徑向跳動(dòng)不大于1.5mm，端面跳動(dòng)不大于1mm。筒體全長允許偏差小于10mm，檢查合格后方可進(jìn)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(nèi)外50mm范圍內(nèi)用角向磨光機(jī)打磨出金屬光澤。

(3)焊前需用火焰加熱方式對(duì)焊口及周邊進(jìn)行預(yù)熱。

(4)由于筒體在焊接后的收縮(每個(gè)對(duì)接處的收縮)，為保證焊后長度符合設(shè)計(jì)要求，在對(duì)接焊縫處適當(dāng)加些扁鋼固定，調(diào)整好軸向間隙和徑向尺寸。

(5)筒體確定了對(duì)接截面的接口方位，在對(duì)接前對(duì)準(zhǔn)接口方位，焊上對(duì)拉螺栓，并在接縫內(nèi)放入扁鋼墊，且點(diǎn)焊牢固。

(6)筒體對(duì)接找正后即可點(diǎn)焊，點(diǎn)焊采用的焊材必須與正式焊相同，點(diǎn)焊不得有咬肉及夾渣現(xiàn)象，每處點(diǎn)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(huán)縫均先焊外側(cè)、后焊內(nèi)側(cè)，焊接順序必須從窯的一端向另一端按接口順序進(jìn)行，不得中間跳開接口進(jìn)行焊接。

(2)施焊位置。為了減少焊接變形，內(nèi)外側(cè)焊縫應(yīng)在立焊位置對(duì)稱焊接，見圖2。

圖2 筒體施焊位置示意

(3)筒體施焊前，應(yīng)在內(nèi)外沿周長按圖2劃出12等分標(biāo)記，施焊長度嚴(yán)格按標(biāo)記進(jìn)行。

(4)每條焊縫由2名焊工在圖1中1號(hào)位置同時(shí)施焊，1號(hào)位置打底層完成后，采用卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，將筒體按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，將2號(hào)位置轉(zhuǎn)至3點(diǎn)及9點(diǎn)位置再進(jìn)行焊接。依此類推按編號(hào)順序完成其余編號(hào)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(diǎn)不得重疊。

圖3 環(huán)縫焊接層次及順序示意

(6)外側(cè)蓋面層前一層焊縫應(yīng)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(jī)打磨。

(7)內(nèi)口清根。當(dāng)外口焊接完畢后，要對(duì)窯筒體中心線進(jìn)行一次復(fù)查，確認(rèn)無誤后就可以將窯內(nèi)的支撐對(duì)接螺栓、對(duì)接板等全部割除，進(jìn)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(nèi)口焊接。內(nèi)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(zhuǎn)窯燒成帶處不得大于0.5mm,其它區(qū)段不得大于1.5mm，焊縫最低點(diǎn)不得低于筒體表面且應(yīng)飽滿。

(9)焊接時(shí)，周圍環(huán)境溫度控制在15℃～30℃之內(nèi)為宜。

(10)焊接操作控制技巧：

物理改良具有工藝簡(jiǎn)單，檢測(cè)方便，因地適宜，而且有利于當(dāng)?shù)赜昙臼┕ぁ．?dāng)?shù)赜昙倦m降雨頻繁，但日降雨量小，持續(xù)時(shí)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(shí)間內(nèi)晾干，適合雨季施工的特點(diǎn)，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(dú)填筑時(shí)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(jī)進(jìn)行精確平整過程中，由于重力的影響，會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象。平地機(jī)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(shí)必須采用網(wǎng)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(shí)采用機(jī)械配合人工輔助，對(duì)局部“集料窩”地段進(jìn)行人工清除和補(bǔ)細(xì)料拌合，平整碾壓。

5.3 最佳含水率控制

施工前需對(duì)混合料進(jìn)行試驗(yàn)，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(jìn)行控制。通過在取土場(chǎng)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(dá)到最佳含水率，對(duì)于過濕的混合料，要加強(qiáng)翻拌和晾曬，待含水率合格后再進(jìn)行碾壓。進(jìn)行下一層施工前，對(duì)已完的面層應(yīng)灑水保持濕潤，確保層間結(jié)合緊密。

[1]ASTMdesignationD3282-09[S]

[2]TB10001-2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

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