高炉送风装置的焊接工艺
【摘要】综述了钢结构在焊接产生应力破坏的一般规律，提出了在制作高炉用焊接结构中所应该遵循的一般条件，并对该类结构的工艺发展方向进行了一定的探讨。在生产实践中，对安全性要求很高的焊接结构和焊接工艺的设计安排充满了丰富的特殊性，因此，具体问题须具体对待。
【关键词】高温、高压;热变形;焊接结构;使用安全性;工艺经济性
1.引言
高炉以其规模大、效率高、成本低的优势成为当今主要的炼铁方法，送风装置作为高炉的主要加热部件不仅要向高炉内部吹入高温、高压的气流还要在有需要时向高炉内部吹入煤粉，其特殊的工况在冶金设备中具有广泛的代表性。
为优化、提升高炉送风装置的使用性能可从其材料、结构、焊接工艺等多方面入手。焊接是现代工业生产中一种重要的金属加工工艺，作为一门专业性很强的技术，在制造业占有很重要的位置。作为以焊接产品为主打产品，以焊接工艺为关键工艺方法的企业，特别是从事具有爆炸危险的锅炉、高炉、压力容器制造的企业，对产品的焊接质量提出了更高的要求。
2.高炉送风装置的使用特点和结构特点
高炉送风装置安装时，上部用螺栓紧固在热风围管、主体通过弹性装置固定在炉皮炉皮上，焊角高度大约10mm，双面焊接；在制作过程中，理想材料为耐磨、耐高温的钢板，制作工程以焊接为主；
高炉送风装置主要工况：内部风温:1250℃；内部风压：0.5Mpa。局部表面最高温度≥200℃。由此可见，高炉给料设备有以下使用特点：
2.1工作环境恶劣，温度高，结构件的热变形明显，并且降低了材料的硬度。
2.2内部通过高压气流产生一定震动，整体受循环应力作用，对焊接结构的应力影响尤其明显。
2.3高炉生产要连续运行，对内部结构的稳定性要求较高。
2.4内部气体流多为有毒气体，严禁泄露，对气密性要求较高。
2.5高炉炉体庞大，在长期高温工况下变形严重，送风装置虽具有一定的弹性变形量但很容易在炉体具有较大尺寸变形时达到自身极限，这是就要承受很强内部应力。
2.6靠近炉体部位温度过高采用水流冷却，焊接结构在水流和高温、高压气流作用下腐蚀严重。
以上的使用要求决定了高炉送风装置应具有良好气密性，持久高温稳定性、高温下耐磨性、耐蚀性。因此，对焊接结构提出了较高要求。
3.焊接工艺控制
焊接结构经常会在有缺陷处或结构不连续处引发脆性断裂，造成灾难性的破坏。因此高炉给料吹管必须有着严格的焊接质量控制，主要有以下几个方面：
3.1焊接接头质量控制
首先，控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800℃～500℃区间的冷却时间。
其次，控制焊缝中碳／硫／磷／氮／氢／氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材，采用良好的操作手法充分保护熔池金属(短弧、限制摆动、倾角稳定)。
此外，还要对应力与变形适当控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊；用小线能量，多层多道焊接；减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量；采用对称坡口，对称、轮流施焊；长焊缝应分段退焊或多人同时施焊；用跳焊法避免变形和应力集中。
3.2防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，应主要考虑以下几点：
首先，要选用合理的坡口形式。如尽量选用双U或X坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩量、提高工作效率、降低焊接残余应力。
其次，要控制合理的预热和层间温度。
再次，对于拉伸应力较大处，且尺寸变形要求不严格的地方，则放弃焊接，以防止断裂。在部分部分拉伸力较大处，让出变形空间，不要全密封焊接。
最后，还要有相应的后热和保温处理。
3.3焊缝清理及处理
多层和多道焊时，在焊接过程中应严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。从接头的两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，应采用适当的方法（如碳刨、凿子等）清理根部至正面完整焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度。每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度。同一焊缝应连续施焊，一次完成；不能一次完成的焊缝应注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热。加筋板、连接板的端部焊接应采用不间断围角焊，引弧和熄弧点位置应距端部大于100mm，弧坑应填满。焊接过程中，尽可能采用平焊位置或船形位置进行焊接。
4.工艺的严谨性、经济的合理性的平衡措施
焊接工艺的严谨性是产品质量的必要保证，但是又与结构合理性一起直接影响其经济性。由于焊接方法种类较多，技术人员在焊接工艺方法确定时，需要充分考虑单位的产品特点、经济性、工作效率等因素。比如：一般材料轻型钢结构制作，由于大多焊道长而直，对熔深要求不高，对尺寸控制较严，加工单位无足够的产品变形校正能力，又对现场管理要求较严格，熔化极二氧化碳气体保护焊无疑是最佳选择；一般材料重型钢结构的长直焊道，要求熔深要大，单位对生产效率要求较高，又有足够的变形校正能力，采用埋弧自动焊是最好的。
5.结束语
由于焊接方法种类较多，技术人员在焊接工艺方法确定时，需要充分考虑单位的产品特点、经济性、工作效率等因素。比如：一般材料轻型钢结构制作，由于大多焊道长而直，对熔深要求不高，对尺寸控制较严，加工单位无足够的产品变形校正能力，又对现场管理要求较严格，熔化极二氧化碳气体保护焊无疑是最佳选择；一般材料重型钢结构的长直焊道，要求熔深要大，单位对生产效率要求较高，又有足够的变形校正能力，采用埋弧自动焊是最好的。充满了丰富的特殊性，在设计和制作时，除了考虑遵循一般的规律外，还必须具体问题具体对待。
参考文献
[1]邱葭菲.焊工工艺学(第三版)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2005.
[2]JGJ81—2002,建筑钢结构焊接技术规程[S].
[3]GB50205—2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].
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