CN111360439A - 一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，属于炼铁工艺钢结构焊接技术领域。本发明在正式焊接之前通过定位挡板和千斤顶对上炉壳与下炉壳之间的位置进行调整，将两者之间的错边量控制在一定范围之内，从而保证后续焊接的质量，并对炉壳外侧进行定位焊，进一步保证上炉壳与下炉壳之间位置的精准性；在正式焊接的过程中，通过进行多层焊接以及相应的保温等操作，实现炉壳耳朵固定安装；整个过程将焊接工序与焊接方法有效组合，提高了焊接的质量和工作效率，减少质量缺陷，避免因质量不合格造成焊缝返修，甚至报废，有效缩短工期，降低生产成本。

Description

一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法

技术领域

本发明涉及炼铁工艺钢结构焊接技术领域，更具体地说，涉及一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法。

背景技术

在大型高炉炉壳安装的过程中，一般采用焊接的形式对其进行安装，其焊接的质量直接影响整个高炉的生产运行，尤其是针对于大型高炉而言，一旦质量出现问题，会影响整个生产，甚至造成生产事故。因此，对于大型高炉在安装过程中，需要保证其焊接质量。

但是在实际操作过程中，其高炉转角在焊接过程中容易出现焊接质量的问题，其原因主要在于：在生产过程中，相邻两个上下炉壳加工存在一定的误差，且在进行焊接之前对于上下炉壳的对准的过程中也存在误差，此外，炉壳的转角也不相同等因素，会导致高炉炉壳转角焊缝的焊接质量较差的问题，从而导致焊缝返修，影响炉壳的安装工期。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中高炉转角焊接时焊缝质量较差的问题，提供了一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法；本发明通过合理的焊接工艺与焊接方法有效组合，提高了焊接的质量和工作效率，焊缝受热均匀、焊接应力小，减少了裂纹、气孔、夹渣、未焊透等焊接缺陷，提高一次焊接合格率，避免焊缝返工，缩短工期，降低成本。

2、技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其步骤为：

步骤a、上炉壳送至下炉壳后，通过下炉壳的内壁的定位挡板以及下炉壳的外壁千斤顶对上炉壳与下炉壳之间的位置进行调整；

步骤b、沿着上炉壳与下炉壳的外侧圆周方向进行定位焊；

步骤c、对炉壳内侧焊接部位进行清理；

步骤d、对清理后的焊接区域进行预热；

步骤e、对炉壳内侧进行焊接，采用焊接材料为实芯焊丝和药芯焊丝进行多层焊接，其中，实芯焊丝作为第一层焊接的焊接材料，第二层焊接、第三层焊接……第n层焊接、第n+1层焊接的原材料均为药芯焊丝；

步骤f、炉壳内侧焊接完成后，采用电加热片对焊缝进行加热，其温度控制在200℃，且在200℃下用岩棉板保温两小时；

步骤g、对炉壳外侧进行焊接，其过程重复上述步骤c至步骤f。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤a中定位挡板沿下炉壳的内壁周向至少设置有3个，且多个定位挡板沿炉壳的内壁周向等间隔设置；所述千斤顶沿下炉壳周向等间隔至少设置有4个，且每个千斤顶的一端固定在卡具的内壁上，另一端与上炉壳的外壁相接触；所述卡具固定在下炉壳的外壁上。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤a中通过定位挡板和千斤顶共同对上炉壳和下炉壳之间的位置进行调整，使上炉壳与下炉壳之间的错边量控制在6.0mm以内。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤a中在上炉壳与下炉壳之间设置有间隙板，该间隙板的厚度为3.0mm～5.0mm。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤b中定位焊时，其定位焊缝的长度为150mm～200mm。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤c中在对焊接部位清理的过程中，控制清理范围为30～50mm。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤d中进行预热时，采用电加热片进行预热，且控制焊缝两侧的预热宽度为280mm～320mm，预热温度在100℃～150℃。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤e中第一层焊接的电流210A-250A，且在焊接的过程中控制焊枪沿坡口两侧作小幅度横向摆动，并在坡口两侧稍做停留。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤e中第二层焊接、第三层焊接至第n层焊接的焊接电流为230A-270A，且第n次焊接焊接完后，其焊道比焊件表面低1.0mm～1.5mm；所述第n+1次焊接的焊接电流为180A-220A。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤e在进行焊接的过程中，8～10名焊工沿炉壳圆周方向同时对称施焊。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，在正式焊接之前通过定位挡板和千斤顶对上炉壳与下炉壳之间的位置进行调整，将两者之间的错边量控制在一定范围之内，从而保证后续焊接的质量，并对炉壳外侧进行定位焊，进一步保证上炉壳与下炉壳之间位置的精准性；在正式焊接的过程中，通过进行多层焊接以及相应的保温等操作，实现炉壳耳朵固定安装；整个过程将焊接工序与焊接方法有效组合，提高了焊接的质量和工作效率，减少质量缺陷，避免因质量不合格造成焊缝返修，甚至报废，有效缩短工期，降低生产成本；

(2)本发明的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，采用电加热片对焊缝两侧进行预热时，并控制焊缝两侧的预热宽度以及预热温度，为后续正式焊接提供优良环境，提高焊接质量；对于预热温度，如果预热温度过高，会导致后续焊缝热影响区晶粒粗大，焊缝强度及低温冲击韧性下降；如果预热温度过低，会造成在后续的焊接过程中产生裂纹，从而影响焊接质量，因此，需要将预热温度控制在一合适范围内，保证后续焊接的质量；

(3)本发明的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，在进行正式焊接的过程中，通过进行多层焊接，且多层焊接的过程中对所采用的原材料、以及焊接所需的电流等因素进行控制，对上下炉壳之间进行填充，保证焊接质量的同时，有效对焊缝热塑变的范围和温度梯度的幅度进行控制，从而降低焊接应力，保证焊接质量；

(4)本发明的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，选用8～10名焊工沿炉壳圆周方向同时对称施焊，其在施焊时，采用相同的焊接工艺参数，多层多道对称施焊，保持层间温度，有效保证焊接所形成焊缝的质量。

附图说明

图1为本发明中千斤顶在炉壳上的安装结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大结构示意图；

图3为图1中A处炉壳外部的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、上炉壳；2、下炉壳；3、间隙板；4、电加热片；5、定位焊缝；6、岩棉板；7、定位挡板；8、卡具；9、千斤顶；10、彩条布。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其过程为：

操作人员在对高炉炉壳进行正式焊接之前，需要将上炉壳1送至下炉壳2上，并对上炉壳1的位置进行调整，保证后续焊接的准确性，同时也为后续焊接所形成的焊缝质量提供坚实的基础，从而有效保证高炉的生产。

本实施例中为了确保上炉壳1与下炉壳2安装位置的精准性，本实施例首先将上炉壳1吊装至下炉壳2上，

然后在下炉壳2的内壁上固定安装有定位挡板7，如图1所示，且该定位挡板7的位置位于下炉壳2的上端。

值得说明的是，本实施例在安装定位挡板7的过程中，其定位挡板7的上端面高度高于下炉壳2的上端面。优选的，本实施例的下炉壳2的上端面位于定位挡板7的中部，从而便于后续上炉壳1位置的找正。此外，本实施例中的定位挡板7与下炉壳2内壁相接触的一端面与下炉壳2的内壁相平行。

定位挡板7沿下炉壳2的内壁至少设置有3个，可以为3个、4个、6个、8个、12个……且多个定位挡板7沿下炉壳2的内壁周向等间隔设置。

本实施例中在保证后续上炉壳1位置找正时的稳定性的同时，有效降低施工成本，优选的，本实施例中定位挡板7设置有12个。

当定位挡板7安装完成后，在在下炉壳2的外壁上固定安装有卡具8，且该卡具8的横截面为L形，且该L形的开口朝向上炉壳1。结合图1，本实施例在卡具8上固定安装有千斤顶9，该千斤顶9的一端固定在卡具8的内壁上，另一端与上炉壳1的外壁相接触。

在卡具8上设有千斤顶9，操作人员通过控制千斤顶9的伸缩，从而对上炉壳1的位置进行调整，在调整的过程中，由于定位挡板7的作用，一方面，通过定位挡板7的阻碍作用，有效避免千斤顶9伸长量过大而造成上炉壳1严重错位，甚至是生产事故的发生；另一方面，由于上炉壳1与下炉壳2在生产的过程中，存在生产误差，导致上炉壳1与下炉壳2存在椭圆度，且二者偏差的位置不在同一处，从而不利于后续上炉壳1与下炉壳2之间的焊接，易造成炉壳之间焊接质量较差，不利于后续高炉的正常生产，因此本实施例通过定位挡板7与千斤顶9共同作用，对上炉壳1的直径进行微调，使得上炉壳1与下炉壳2上端形状相适应，有利于后续对上炉壳1与下炉壳2之间焊接。

为了对上炉壳1进行调整，其卡具8沿下炉壳2周向等间隔至少设置有4个，优选的，本实施例为了降低生产成本，其卡具8设置有4个。

值得说明的是，本实施例通过千斤顶9和定位挡板7对上炉壳1的位置进行调整找正的过程中，尽可能的减小上炉壳1与下炉壳2之间的错边量，从而便于后续焊接的正常进行。

优选的，本实施例中上炉壳1与下炉壳2之间的错边量控制在6.0mm以内，通过对错边量进行控制，保证后续焊接的质量。

此外，为了进一步保证后续焊接的质量，在上炉壳1与下炉壳2之间设置有间隙板3，如图2所示，该间隙板3沿炉壳圆周方向设置，且该间隙板3的厚度为3.0mm～5.0mm。本实施例中如果不在上炉壳1与下炉壳2之间设置有间隙板3，在焊接过程中，由于焊接应力收缩，后面的焊缝没有间隙，导致焊缝焊不透，从而严重影响焊接质量。

本实施例的间隙板3至少设有2块，且多块间隙板3沿炉壳圆周方向等间隔设置。本实施例的间隙板3设有4块。

结合图2，在正式焊接之前对上炉壳1和下炉壳2进行处理，使其坡口为钝边倒K型，且上炉壳1坡口钝边量控制在2.0mm。此外，该钝边厚薄均匀，能够保证后续焊接时，焊缝填充量一致，从而保证焊接时所形成焊缝的质量。

优选的，本实施例的间隙板3的厚度为3.0mm，且间隙板3靠近坡口钝边内侧，即间隙板3的一端位于钝边处，另一端悬浮于炉壳的内侧。通过对间隙板3的位置进行限定，保证在焊接时，在间隙板3处焊接透，有利于提高焊接的质量。

当上炉壳1与下炉壳2调整好位置后，需对两者进行焊接，但是，本实施例在焊接之前，需对焊接区域进行处理，其过程如下：

操作人员首先沿着上炉壳1与下炉壳2的外侧圆周方向进行定位焊，并控制定位焊的定位焊缝5的长度，通过定位焊以及间隙板3共同保证上炉壳1与下炉壳2之间的距离，从而进一步保证后续焊接的质量。

在进行定位焊的过程中，焊接人员控制定位焊缝5的长度，其长度控制为150mm～200mm，能够确保在焊接过程中，定位焊缝5不开裂。值得说明的是，在实际操作过程中，如果定位焊缝5的长度过短，焊接时容易发生开裂，从而影响焊接，不利于后续工作的正常进行；如果定位焊缝5的长度过长，导致后续进行炉壳内侧焊接之前，增加焊缝清根工作的工作量，从而增加劳动强度。

优选的，本实施例在进行定位焊时，定位焊缝5的长度为170mm，且两个定位焊缝之间的距离控制在3m-5m。

炉壳外侧定位焊完成后，对炉壳内侧进行清理，采用气刨清除间隙板3，避免间隙板3影响焊接的质量，同时将定位挡板7去除，当两者清除之后，对炉壳内侧的焊接部位进行清理，且清理范围控制在30～50mm，可以为30mm、32mm、35mm……40mm、45mm、50mm，通过磨光机或钢丝清除油污、灰尘、氧化铁皮等，直至露出金属光泽。

值得说明的是，本实施例中对清理范围进行控制，一方面，避免因清理范围过小导致后续在焊接过程受到未清理部位的影响，从而影响焊接质量，另一方面，避免清理范围过大，造成生产成本的提高。此外，采用碳弧气刨对内侧焊缝进行清根处理，进一步提高焊接质量。

优选的，本实施例中采用磨光机进行清理，同时控制清理范围为30mm。

清理结束后，对炉壳内侧的焊接区域进行预热，本实施例通过在焊接区域安装有电加热片4，通过电加热片4实现被焊母材的均匀受热，电加热片4设置位置如图2和图3所示。

采用电加热片4进行预热时，控制焊缝两侧的预热宽度为280mm～320mm，可以为280mm、290mm、300mm、310mm、320mm，且控制预热温度在100℃～150℃，该温度可以为100℃、120℃、135℃、140℃、150℃，从而为后续炉壳内侧进行正式焊接提供优良环境。如果预热温度过高，导致后续焊缝热影响区晶粒粗大，焊缝强度及低温冲击韧性下降；如果预热温度过低，会造成在后续的焊接过程中产生裂纹，从而影响焊接质量。

优选的，本实施例中的预热宽度控制在300mm，且预热温度控制在120℃。

当预热工作完成后，将设置在炉壳内侧的电加热片4拆除，进行正式焊接。

由于大型高炉炉壳较厚，为了保证焊接的质量，本实施例采用不同的焊接方式进行焊接，从而提高焊接的质量。

本实施例在焊接的过程中，首先采用焊接材料为实芯Ф1.2mm的焊丝进行第一层焊接。进行焊接的过程中控制焊枪沿坡口两侧作小幅度横向摆动，在坡口两侧稍做停留，整个过程保证熔孔直径不变，并保证焊道平整。

优选的，本实施例的第一层焊接采用半自动焊，提高整个焊接过程的自动化程度，同时，也易于焊接人员观察焊缝，便于对焊接过程进行调整，保证焊接的质量。

通过实芯焊丝作为第一层焊接，一方面，不需要对其进行清渣操作，能够有效的节省施工时间，提高施工进度，从而减少劳动强度；另一方面，在实芯焊丝较强穿透力的作用下，其熔敷效率高，且能全方位进行焊接，能够很好的将上炉壳1与下炉壳2固定连接起来，同时，为下一层焊接提供基础。

值得说明的是，本实施例在进行第一层焊接的过程中控制其电流为210A-250A

第一层焊接焊接完成后，进行第二层焊接，本实施例在进行第二层焊接时，采用药芯Ф1.2mm焊丝进行焊接，为了保证焊缝的质量，采用半自动焊进行焊接。在进行焊接的过程中，控制焊接的电流230A-270A，该电流大小相对于第一层焊接所需的电流而言，其电流较小，在焊接的过程中其电弧稳定性强，且覆盖均匀，能够很好的在上炉壳1与下炉壳2之间进行填充，保证焊接质量的同时，不会造成炉壳焊接变形，从而保证上炉壳1与下炉壳2之间安装位置的精准性；此外，控制较小的焊接电流能有效地减小焊缝热塑变的范围和温度梯度的幅度，从而降低焊接应力，保证焊接质量。

之后，进行第三层焊接，第四层焊接……第n次焊接，后续的焊接过程与第二层焊接过程相同，直至焊道焊接完后比焊件表面低1.0mm～1.5mm，避免坡口边缘熔化,导致盖面层产生咬边或焊偏的现象发生，而整个焊接的质量。本实施例中第n次焊接后，其焊道比焊件表面低1.3mm。

本实施例中的n取≥3。

最后，进行第n+1次焊接，该焊接过程仍然采用药芯焊丝进行焊接，其焊接电流为180A-220A，但是在整个过程中需要焊接人员控制焊枪的移动轨迹，使焊枪以月牙形或锯齿形进行摆动，且控制摆动幅度到坡口边缘，并停留0.5s，整个过程中需控制焊接速度的均匀性，且确保焊接过程中无咬边。

此外，在进行多层焊接的过程中，需要对前后两层焊接时间进行控制，当上一层焊接完成之后即可对下一层进行连续焊接，通过对焊接过程的时间进行控制，在保证整个正式焊接过程所形成的多层焊缝连成一整体的同时，控制各层间的温度，避免焊接过程中温度不断积累致使温度过高，而使焊缝区域中组织晶粒变大影响焊缝质量。

当炉壳内侧的焊缝焊接完后，在焊缝处安装电加热片4和岩棉板6，结合图2和图3，通过电加热片4对焊缝进行加热，将温度升至200℃，以去除焊缝中残留的氢，从而降低焊缝及热影响区的含氢量，有效避免应力集中而产生冷裂纹，提高焊接质量；再用岩棉板6在200℃下保温两小时，并让其缓慢冷却，从而减少焊接应力的产生，提高焊缝质量。

炉壳内侧完成焊接完成后，对炉壳外侧进行焊接，该焊接过程与炉壳内侧焊接过程基本相同，但在焊接之前对炉壳外侧安装的卡具8、千斤顶9进行拆卸，然后进行相应的清理工作，在进行清理的同时，对定位焊缝5进行清理，直至焊接区域露出金属光泽，之后对炉壳外侧进行焊接。

实施例2

本实施例的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，基本同实施例1，其不同之处在于：

结合图1，在进行定位焊之前，在炉壳外侧的脚手架上设置临时支撑，且沿被焊炉壳圆周方向设置有挡风板，通过挡风板对所焊接区域进行防风，保证焊接周围环境的风俗在2m/s以下，有利于后续焊接，从而进一步保证焊缝的质量。

优选的，本实施例中采用彩条布10作为挡风板，该彩条布10一方面便于对其位置进行调整，另一方面，彩条布10具有优良的柔性，能够在任何地方弯曲，便于沿着炉壳圆周方向设置，且能重复使用。

此外，在正式焊接的过程中，当炉壳温度达到预热温度后，即预热工作完成，选用8～10名焊工沿炉壳圆周方向同时对称施焊。施焊时，采用相同的焊接工艺参数，多层多道对称施焊，保持层间温度，即保证焊接所形成焊缝的质量。

本实施例通过通过合理的焊接工艺与焊接方法有效组合，提高了焊接的质量和工作效率，使得焊缝受热均匀、焊接应力小，同时减少了裂纹、气孔、夹渣、未焊透等焊接缺陷，提高了一次焊接合格率，避免焊缝返工，缩短工期，有利于后续高炉的正常生产。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于，其步骤为：

步骤a、上炉壳(1)送至下炉壳(2)后，通过下炉壳(2)的内壁的定位挡板(7)以及下炉壳(2)的外壁千斤顶(9)对上炉壳(1)与下炉壳(2)之间的位置进行调整；

步骤b、沿着上炉壳(1)与下炉壳(2)的外侧圆周方向进行定位焊；

步骤c、对炉壳内侧焊接部位进行清理；

步骤d、对清理后的焊接区域进行预热；

步骤e、对炉壳内侧进行焊接，采用焊接材料为实芯焊丝和药芯焊丝进行多层焊接，其中，实芯焊丝作为第一层焊接的焊接材料，第二层焊接、第三层焊接……第n层焊接、第n+1层焊接的原材料均为药芯焊丝；

步骤f、炉壳内侧焊接完成后，采用电加热片(4)对焊缝进行加热，其温度控制在200℃，且在200℃下用岩棉板(6)保温两小时；

步骤g、对炉壳外侧进行焊接，其过程重复上述步骤c至步骤f。

2.根据权利要求1所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤a中定位挡板(7)沿下炉壳(2)的内壁周向至少设置有3个，且多个定位挡板(7)沿炉壳(2)的内壁周向等间隔设置；所述千斤顶(9)沿下炉壳(2)周向等间隔至少设置有4个，且每个千斤顶(9)的一端固定在卡具(8)的内壁上，另一端与上炉壳(1)的外壁相接触；所述卡具(8)固定在下炉壳(2)的外壁上。

3.根据权利要求2所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤a中通过定位挡板(7)和千斤顶(9)共同对上炉壳(1)和下炉壳(2)之间的位置进行调整，使上炉壳(1)与下炉壳(2)之间的错边量控制在6.0mm以内。

4.根据权利要求3所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤a中在上炉壳(1)与下炉壳(2)之间设置有间隙板(3)，该间隙板(3)的厚度为3.0mm～5.0mm。

5.根据权利要求4所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤b中定位焊时，其定位焊缝(5)的长度为150mm～200mm。

6.根据权利要求5所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤c中在对焊接部位清理的过程中，控制清理范围为30～50mm。

7.根据权利要求6所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤d中进行预热时，采用电加热片(4)进行预热，且控制焊缝两侧的预热宽度为280mm～320mm，预热温度在100℃～150℃。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤e中第一层焊接的电流为210A-250A，且在焊接的过程中控制焊枪沿坡口两侧作小幅度横向摆动，并在坡口两侧稍做停留。

9.根据权利要求8所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，其特征在于：所述步骤e中第二层焊接、第三层焊接至第n层焊接的焊接电流为230A-270A，且第n次焊接焊接完后，其焊道比焊件表面低1.0mm～1.5mm；所述第n+1次焊接的焊接电流为180A-220A。

10.根据权利要求9所述的一种大型高炉炉壳转角横向焊缝在线焊接方法，所述步骤e在进行焊接的过程中，8～10名焊工沿炉壳圆周方向同时对称施焊。

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