CN104439740B - 一种用于高炉炉顶法兰的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于高炉炉顶法兰的焊接方法，主要包括以下步骤：检查验收；测量放线；坡口加工；吊装就位；找平找正；分度划线:以两条及以上的直径将炉顶法兰均匀分度并划线，将炉顶法兰上设置筋板的节圆等分成多条小圆弧；将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆等分成多条小圆弧，将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆圆面等分成多个全等的小扇面；筋板焊接：在筋板的两侧由里端开始向另一端采用对称焊的方法固定焊接，焊接的速度相同；法兰焊接：包括以下工步：打底焊：采用对称焊的方法，通过手工电弧焊的方式，从分中分段好的对称段的坡口的两侧同时开始同方向对称焊接；分层连续堆焊：根据炉顶钢圈及炉顶法兰的厚度来确定焊接的层数，采用对称焊的方法，从分中分段好的对称段坡口的两侧同时开始同方向连续堆焊。
Description
技术领域
本发明公开一种用于高炉炉顶法兰的焊接方法。
背景技术
炉顶法兰是炉顶装料设备安装的一个最重要的基准面。在安装高炉炉顶法兰过程中，最难控制的就是焊接变形，因为焊接应力造成的变形影响到炉顶法兰上表面水平度，容易造成法兰上表面水平度超标，给后续施工(如安装炉顶装料设备)带来较大困难，故对焊接质量要求高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高炉炉顶法兰的焊接方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：
一种用于高炉炉顶法兰的焊接方法，主要包括以下步骤：
检查验收：对炉顶法兰外观检查，查看炉顶法兰是否有裂纹、变形等缺陷；
测量放线：根据炉体的横纵向中心基准点和标高基准点将炉顶法兰的中心线和标高基准点投放在方便安装使用的位置，采用精密水准仪和经纬仪进行投放工作；
坡口加工：包括炉顶坡口加工和筋板坡口加工，打磨坡口的角度和形式为，先采用火焰切割的方法粗打坡口，然后采用磨光机精打磨坡口，以使坡口的表面光整、无毛刺、且必须保证能焊透；
吊装就位：采用塔吊吊装炉顶法兰就位；
找平找正：炉顶法兰就位后，通过预先准备好的垫片初次调平时，可采用在法兰顶面测量四个点的标高，进行调整；调整时需注意焊缝角度和焊缝宽度，使法兰的标高和水平度既符合规范的要求，又符合焊接工艺的要求；
分度划线：以两条及以上的直径将炉顶法兰均匀分度并划线，将炉顶法兰上设置筋板的节圆等分成多条小圆弧；将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆等分成多条小圆弧，将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆圆面等分成多个全等的小扇面；
筋板焊接：在筋板的两侧由里端开始向另一端采用对称焊的方法固定焊接，焊接的速度相同；
法兰焊接：包括以下工步：
打底焊：采用对称焊的方法，通过手工电弧焊的方式，从分中分段好的对称段的坡口的两侧同时开始同方向对称焊接；
分层连续堆焊：根据炉顶钢圈及炉顶法兰的厚度来确定焊接的层数，采用对称焊的方法，从分中分段好的对称段坡口的两侧同时开始同方向连续堆焊。
作为队本发明改进的技术方案，所述分度划线是：
在筋板焊接步骤中：根据需要，以2×2(n-1)条直径将炉顶法兰上设置筋板的节圆4×2(n-1)等分(n为正整数),并划线；划线时应划出设置筋板的节圆以及分度节圆的直径，将节圆等分成4×2(n-1)条小圆弧，节圆与直径有4×2(n-1)个交点。
在法兰焊接步骤中：根据需要，以2×2(m-1)条直径将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆4×2(m-1)等分(m为正整数),并划线；划线时应划出炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆以及分度节圆的直径，将节圆等分成4×2(m-1)条小圆弧，将节圆面等分为4×2(m-1)个小扇面；设定顺时针方向为正方向。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述筋板焊接还依次包括以下步骤：
设置筋板：一片筋板沿直径方向设置在直径与节圆的一个交点处；
点焊定位：通过手工电弧焊的方式，点焊以筋板将炉顶法兰与炉顶钢圈定位；
焊接固定：每次选取位于节圆上圆心角α(0°＜α≤180°)互为对顶角的两条最长连续圆弧的中点处的筋板为一对同时焊接对象进行焊接，焊接的速度相同。
作为对本发明进一步改进的技术方案，将每对筋板点焊固定后进行复测，如果水平度超出规范范围，必须重新调整；将每块筋板都点焊固定后再次复测水平度，直至调整合格。
作为对本发明进一步改进的技术方案，连续圆弧是两端间未进行焊接固定操作的圆弧。
作为对本发明进一步改进的技术方案，所述法兰焊接还依次包括以下步骤：
打底焊：小圆弧弧长为分段焊接的段长；每次选取扇面圆心角β(0°＜β≤180°-180°/(4×2(m-1)))互为对顶角的两个最大连续扇面的弧中段为一对同时焊接对象进行分中分段退焊焊接；焊接的方向为正方向；焊接的速度相同；切实焊透；
分层连续堆焊：根据炉顶壁的厚度来确定焊接的层数，采用分中分段退焊的方法连续堆焊；焊接的方向为正方向；焊接的速度相同；切实焊透。
作为对本发明进一步改进的技术方案，连续扇面是由至少一个小扇面组成的扇面，扇面的弧所对应的焊缝未进行本层焊接；
作为对本发明进一步改进的技术方案，每焊接完一对焊缝均应复测一下法兰的水平度，如有超差，可采用反变形法减少变形量，从而控制炉顶法兰的焊接变形，以保证炉顶法兰的水平度。
作为对本发明进一步改进的技术方案，反变形法主要是：每焊接完一对焊缝后，如对应焊缝的两段不平，且超过规范允许的范围，则需在第二遍焊接时采用先焊接对称两段中的水平度高的一段，通过焊接应力的收缩可适当降低标高，达到缩小对称两段的法兰水平差距。
作为对本发明进一步改进的技术方案，在对称焊接时，焊接层数根据焊条和焊件厚板来确定，打底时采用Φ3.2mm的电焊条，中间层采用Φ4mm和Φ5mm的电焊条，盖面层采用Φ5mm的电焊条；电焊条的材质根据炉壁材质确定。
作为对本发明进一步改进的技术方案，采用直流电接机，焊接参数为：电流：110～160A，电压30～50V。
本发明的有益效果是：
本发明对于炉顶法兰上相应的节圆圆周及节圆圆面进行合理分度，采用对称焊及分中分段退焊的方法，在两侧坡口同步进行对称焊接，能够有效减少焊接变形；当焊接变形不可避免出现至超出技术要求时，提供有效的校正方案。总之本发明能够有效减少焊接变形，焊接质量好，保证炉顶法兰的水平度。
附图说明
图1是炉顶法兰与炉顶钢圈接头处坡口示意图
图2是筋板设置及筋板分组示意图
图3是法兰焊接、焊缝分组及焊接方向示意图
具体实施方式
下面结合附图，以3200m3高炉工程上安装炉顶法兰为具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参见图1、图2、图3所示，该炉顶法兰上表面标高▽+46.1m，炉顶法兰焊缝处(炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆)直径φ3100mm，焊缝处标高▽+45.6m。其安装要求如下：
其中：H为炉顶法兰标高；h为炉底标高；D为炉顶法兰焊缝处直径。
对该炉顶法兰进行安装、焊接施工，有必要先做好施工前准备工作。
施工前准备工作包括：
准备好安装所需的图纸、技术资料、安装规范。
准备好施工用机具、工具及消耗材料；电焊条规格φ3.2、φ5，材质根据炉壁材质确定，打底时采用Φ3.2mm的电焊条，中间层采用Φ4mm和Φ5mm的电焊条，盖面层采用Φ5mm的电焊条；采用两台直流电接机，初步焊接参数为：电流：110～160A，电压30～50V。
确定好施工现场的水、电、气等使用位置，并办理相关手续。办理好相关证件，如动火证、特殊工种操作证，对外来人员要办理好临时出入证。
各工种人员配置、落实到位；配备焊接人员：因为采用分中分段退焊法和对称法焊法交替焊接，安排至少2名具有焊工合证格的高级电焊工。
根据现场的实际条件和吊装方案的要求，确定吊装作业位置；确定设备临时放置场地和进场道路，并对作业区域的地面进行清理、整平。
做好安全防护工作，准备必要的安全带、安全网、安全绳、灭火器等特殊安全用品，并在炉顶内部搭建一临时施工用平台，方便施工人员进行作业。
施工前准备工作就绪后，进入施工具体实施阶段，主要包括以下步骤：
检查验收：对炉顶法兰17外观检查，查看炉顶法兰17是否有裂纹、变形等缺陷。
测量放线：根据炉体的横纵向中心基准点和标高基准点将炉顶法兰17的中心线和标高基准点投放在方便安装使用的位置，采用精密水准仪和经纬仪进行投放工作。
坡口加工：包括炉顶坡口加工和筋板坡口加工，打磨坡口19的角度和形式为，先采用火焰切割的方法粗打坡口，然后采用磨光机精打磨坡口19，以使坡口19的表面光整、无毛刺、且必须保证能焊透。具体地说，参见图1所示，炉顶坡口19加工只在炉顶钢圈18顶部内外两侧开坡口19，坡口19与炉顶法兰17的夹角为50°±5°。筋板坡口的角度可与炉顶坡口19的角度相同。
吊装就位：采用塔吊吊装炉顶法兰17就位。由于本具体实施例中炉顶法兰17安装位置高，采用施工现场的DBQ3000型塔吊进行吊装就位。
找平找正：炉顶法兰17就位后，通过预先准备好的垫片初次调平时，可采用在炉顶法兰17顶面测量四个点的标高，进行调整；调整时需注意焊缝角度和焊缝宽度，使炉顶法兰17的标高和水平度既符合规范的要求，又符合焊接工艺的要求。
至此，炉顶法兰17安装就位，既进入焊接作业施工。
炉顶法兰17焊接作业施工主要包括存在焊接作业施工先后顺序的筋板焊接与法兰焊接。筋板焊接是用筋板22将炉顶法兰17与炉顶钢圈18固连，以使炉顶法兰17相对于炉顶钢圈18定位可靠；法兰焊接是采用焊接的方式将炉顶法兰17与炉顶钢圈18固连，以使炉顶法兰17与炉顶钢圈18可靠连接。
筋板焊接：在筋板22的两侧由里端开始向另一端采用对称焊的方法固定焊接，焊接的速度相同。
具体地说，包括以下工步：
分度划线：根据需要，以2×2(n-1)条直径将炉顶法兰17上设置筋板22的节圆4×2(n -1)等分(n为正整数),并划线；划线时应划出设置筋板22的节圆以及分度节圆的直径，将节圆等分成4×2(n-1)条小圆弧，节圆与直径有4×2(n-1)个交点；
本具体实施例中，取n＝1,参见图2所示，即以4条直径将炉顶法兰17上设置筋板22的节圆8等分成8条小圆弧，节圆与直径有8个交点；
设置筋板：一片筋板22沿直径方向设置在直径与节圆的一个交点处。计设置8片筋板22；
点焊定位：通过手工电弧焊的方式，点焊以筋板22将炉顶法兰17与炉顶钢圈18定位；
焊接固定：每次选取位于节圆上圆心角α(0°＜α≤180°)互为对顶角的两条最长连续圆弧的中点处的筋板22为一对同时焊接对象进行焊接，焊接的速度相同。连续圆弧是两端间未进行焊接固定操作的圆弧。1、2；3、4；5、6；7、8构成具有先后顺序的4对，焊接时，每对筋板22可以有先后，但需按标号顺序焊接。最好为每对同时焊接。本具体实施例中采用每对同时焊接。显然α＝45°。
将每对筋板22焊接固定后进行复测，如果水平度超出规范范围，必须重新调整；将每块筋板22都焊接固定后再次复测水平度，直至调整合格。
参见图3所示，法兰焊接包括以下工步：
分度划线：根据需要，以2×2(m-1)条直径将炉顶法兰17与炉顶钢圈18相交的节圆4×2(m-1)等分(m为正整数),并划线；划线时应划出炉顶法兰17与炉顶钢圈18相交的节圆以及分度节圆的直径，将节圆等分成4×2(m-1)条小圆弧，将节圆面等分为4×2(m-1)个小扇面；设定顺时针方向20为正方向。
本具体实施例中，取m＝1,参见图2所示，即以4条直径将炉顶法兰17上设置筋板的节圆8等分成9、10、11、12、13、13、15、16等8条小圆弧，将节圆面等分为8个小扇面.每条小圆弧的弧长为分中分段退焊焊缝21的段长。
打底焊：采用对称焊的方法，通过手工电弧焊的方式，从分中分段好的对称段的坡口19的两侧同时开始同方向对称焊接；小圆弧弧长为分段焊接的段长；每次选取扇面圆心角β(0°＜β≤180°-180°/(4×2(m-1)))互为对顶角的两个最大连续扇面的弧中段为一对同时焊接对象进行分中分段退焊焊接；焊接的方向20为正方向；焊接的速度相同；切实焊透；显然，β＝45°；连续扇面是由至少一个小扇面组成的扇面，扇面的弧所对应的焊缝未进行本层焊接；
分层连续堆焊：根据炉顶钢圈18及炉顶法兰17的厚度来确定焊接的层数，采用对称焊的方法，从分中分段好的对称段坡口19的两侧同时开始同方向连续堆焊。
本层是指根据焊件厚度及焊条规格、材质确定的焊接层数中的同一层。
9、10；11、12；13、14；15、16构成具有先后顺序的4对，焊接时，先焊9、10段，再焊11、12段，再焊13、14段，最后焊15、16段。每对同时焊接。
每焊接完一对焊缝均应复测一下炉顶法兰17的水平度，如有超差，可采用反变形法减少变形量，从而控制炉顶法兰17的焊接变形，以保证炉顶法兰17的水平度。
反变形法主要是：每焊接完一对焊缝后，如对应焊缝的两段不平，且超过规范允许的范围，则需在第二遍焊接时采用先焊接对称两段中的水平度高的一段，通过焊接应力的收缩可适当降低标高，达到缩小对称两段的法兰水平差距。
最后，对焊缝21作外观检查，检查有无裂纹、气孔、夹渣、咬肉等外观缺陷。
本发明的有益效果是：
本发明对于炉顶法兰上相应的节圆圆周及节圆圆面进行合理分度，采用对称焊及分中分段退焊的方法，在两侧坡口同步进行对称焊接，能够有效减少焊接变形；当焊接变形不可避免出现至超出技术要求时，提供有效的校正方案。总之本发明能够有效减少焊接变形，焊接质量好，保证炉顶法兰的水平度。
Claims (8)
1.一种用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，主要包括以下步骤：
检查验收：对炉顶法兰外观检查，查看炉顶法兰是否有裂纹、变形缺陷；
测量放线：根据炉体的横纵向中心基准点和标高基准点将炉顶法兰的中心线和标高基准点投放在方便安装使用的位置，采用精密水准仪和经纬仪进行投放工作；
坡口加工：包括炉顶坡口加工和筋板坡口加工，打磨坡口的角度和形式为，先采用火焰切割的方法粗打坡口，然后采用磨光机精打磨坡口，以使坡口的表面光整、无毛刺、且必须保证能焊透；
吊装就位：采用塔吊吊装炉顶法兰就位；
找平找正：炉顶法兰就位后，通过预先准备好的垫片初次调平时，采用在法兰顶面测量四个点的标高，进行调整；调整时需注意焊缝角度和焊缝宽度，使法兰的标高和水平度既符合规范的要求，又符合焊接工艺的要求；
分度划线：以2×2（n-1）条直径将炉顶法兰上设置筋板的节圆4×2（n-1）等分，n为正整数,并划线；划线时应划出设置筋板的节圆以及直径，将设置筋板的节圆等分成4×2（n-1）条小圆弧，设置筋板的节圆与直径有4×2（n-1）个交点；以2×2（m-1）条直径将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆4×2（m-1）等分，m为正整数,并划线；划线时应划出炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆以及直径，将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆等分成4×2（m-1）条小圆弧，将炉顶法兰与炉顶钢圈相交的节圆面等分为4×2（m-1）个全等的小扇面；设定顺时针方向为正方向；
筋板焊接：包括设置筋板、点焊定位、焊接固定三个工步：
设置筋板：一片筋板沿直径方向设置在直径与节圆的一个交点处；
点焊定位：通过手工电弧焊的方式，点焊筋板将炉顶法兰与炉顶钢圈定位；
焊接固定：在筋板的两侧由里端开始向另一端采用对称焊的方法固定焊接，每次对位于节圆上圆心角α互为对顶角的两条最长连续圆弧的中点处的两块筋板同时进行焊接，焊接的速度相同，0°＜α≤180°；
法兰焊接：包括打底焊、分层连续堆焊两个工步：
打底焊：采用对称焊的方法，通过手工电弧焊的方式，从分中分段好的对称段的坡口的两侧同时开始同方向对称焊接；
分层连续堆焊：根据炉顶钢圈及炉顶法兰的厚度来确定焊接的层数，采用对称焊的方法，从分中分段好的对称段坡口的两侧同时开始同方向连续堆焊。
2.根据权利要求1所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，将每对筋板焊接固定后进行复测，如果水平度超出规范范围，必须重新调整；将每块筋板都焊接固定后再次复测水平度，直至调整合格。
3.根据权利要求1所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，连续圆弧是两端间未进行焊接固定操作的圆弧。
4.根据权利要求1所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，所述法兰焊接中：
打底焊：小圆弧弧长为分段焊接的段长；每次对扇面圆心角β互为对顶角的两个最大连续扇面的弧中段同时进行分中分段退焊焊接；焊接的方向为正方向；焊接的速度相同；切实焊透；0°＜β≤180°-180°/(4×2（m-1）)；
分层连续堆焊：采用分中分段退焊的方法连续堆焊；焊接的方向为正方向；焊接的速度相同；切实焊透。
5.根据权利要求4所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，连续扇面是由至少一个小扇面组成的扇面，扇面的弧所对应的焊缝未进行本层焊接。
6.根据权利要求4所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，每焊接完一对焊缝均应复测一下法兰的水平度，如有超差，采用反变形法减少变形量，从而控制炉顶法兰的焊接变形，以保证炉顶法兰的水平度。
7.根据权利要求6所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，反变形法主要是：每焊接完一对焊缝后，如对应焊缝的两段不平，且超过规范允许的范围，则需在第二遍焊接时采用先焊接对称两段中的水平度高的一段，通过焊接应力的收缩可适当降低标高，达到缩小对称两段的法兰水平差距。
8.根据权利要求1至7中任一顶所述的用于高炉炉顶法兰的焊接方法，其特征是，在对称焊接时，焊接层数根据焊条和焊件厚度来确定，打底时采用Φ3.2mm的电焊条，中间层采用Φ4mm和Φ5mm的电焊条，盖面层采用Φ5mm的电焊条；电焊条的材质根据炉壁材质确定。
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