前言

安鋼第一煉軋廠高線步進式加熱爐自投產(chǎn)至今已安全運行了十年，為安鋼降本增效做出了不可磨滅的貢獻。出于對安全生產(chǎn)方面考慮，需對加熱爐進行專項大修；經(jīng)過安鋼建安分公司領(lǐng)導(dǎo)與總公司多方協(xié)調(diào)，同意對加熱爐中水梁及立柱進行針對性試制，試制件經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員及專家檢驗，各項性能遠遠超出原設(shè)計制作水平，在制作過程中有效避免了焊接變形、熱襲紋等焊接缺陷?，F(xiàn)將制作工藝總結(jié)介紹供大家探討。

制作工藝

1.材料的選擇

首先用于制造水梁立柱的鋼管應(yīng)是同一生產(chǎn)廠家同批次產(chǎn)品，以防止出現(xiàn)由于鋼管的允許公差不同而引起鋼管外徑的尺寸變化，鋼管的尺寸公差必須符合GB/T8162的較高級要求，壁厚公差符合國標高精度等級要求；所需鋼管必須按照制作圖紙的材料表選用熱軋成品管，鋼管矯直、定尺下料以及加工焊接坡口等工作必須按照制作圖紙技術(shù)要求進行加工。

為了防止由于耐熱墊塊固定時焊接而造成的鋼管收縮，在鋼管下料時按照千分之四的比例延長尺寸進行下料；所有管件下料均采用“金屬帶鋸床”下料，避免采用火焰切割或其他任何熱切割方式，以確保管口光滑整齊；在管口倒棱應(yīng)采取機械加工棱角，保證其結(jié)合端薄厚公差一致，從而保證坡口圓弧平滑過渡；其同心度可使兩部件之間能夠正確結(jié)合，并及時清理金屬屑；在不進行焊接期間應(yīng)對對接部位涂抹油膜進行保護處理，焊接時要及時清理。

2.制造工序

根據(jù)制作圖紙的技術(shù)要求，制定詳細的制造方案，焊接前首先對焊接結(jié)合端油污進行清理，確保無銹斑，為防止焊料長期暴露在外受潮，特別制作一個保溫箱，焊接操作前及時進行預(yù)熱處理；焊條的選用也至關(guān)重要，碳鋼之間的焊接應(yīng)采取E4316焊條，碳鋼和耐熱鋼及耐熱鋼之間的焊接采用E309～16焊條。

工件應(yīng)采取連續(xù)焊接，以氬弧焊打底，保證焊透、焊實，為了保證完全焊透，使焊縫底部正常融化，以防出現(xiàn)焊渣痕跡和焊縫排列不規(guī)則等缺陷；在焊一、二道時，采用直徑為2.5 mm的焊條，第二道焊接時采用正常支撐其他道次的焊料，隨后的道次均采用直徑3.15 mm和4.0 mm的焊條；進行最后一道焊接時，應(yīng)注意焊接均勻、外觀整齊、無明顯凹凸現(xiàn)象，與母體金屬表面比較，焊縫厚度均勻；各組合件焊接完畢后必須進行尺寸和直線度的校正。

焊接耐熱鋼過程中若操作不慎易產(chǎn)生兩種缺陷，其中一種為晶間腐蝕，在煤氣、空氣、水等介質(zhì)作用下，會在金屬晶粒邊界之間產(chǎn)生晶間腐蝕；進而在應(yīng)力作用下，會沿晶界斷裂，強度幾乎完全喪失，是奧氏體不銹鋼最危險的一種破壞形式。影響晶間腐蝕的主要因素是加熱溫度和加熱時間，耐熱鋼在焊接過程中加熱溫度應(yīng)小于450 ℃或大于850 ℃，焊接才不會產(chǎn)生晶間腐蝕，若小于450 ℃時溫度較低，不會形成碳化鉻化合物，溫度超過850℃時，晶粒丙的鉻擴散能力大大加強，有足夠的鉻擴散至晶界和碳結(jié)合，也不會在晶界形成貧鉻區(qū)。所以產(chǎn)生晶間腐蝕的加熱溫度一般是在450 ℃～850 ℃之間，該區(qū)間被稱之為晶間腐蝕的“危險溫度區(qū)”；以650 ℃為最危險，在450 ℃～850 ℃危險溫度區(qū)焊接時的冷卻速度越快，則產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性越小。因此應(yīng)盡量縮短在450 ℃—850 ℃時停留時間，即加快冷卻速度。

另一種缺陷為焊接熱裂紋，是因奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)只有低碳鋼的一半，而線膨脹系數(shù)卻大得多，因此焊后在接頭處出現(xiàn)較大的焊接內(nèi)應(yīng)力，而奧氏體不銹鋼中化學(xué)成分如C、S、P、Ni等會在熔池中形成低熔點共晶；奧氏體不銹鋼的液相線、固相線的距離較大，結(jié)晶時間較長，且奧氏體結(jié)晶的枝晶方向性強，因此雜質(zhì)偏析現(xiàn)象比較嚴重。防止熱裂紋的措施如下：

①采用雙向組織的焊條，保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相近，同時增加焊縫金屬中的Mo、W、Mn元素含量。嚴格控制S、P等有害元素含量。

②焊接盡量選用小電流、快速焊方式；在多層焊接時，為防晶粒長大，要等前一層焊縫冷卻后再焊接次一層焊縫；厚板焊接時，為加快冷卻，可從焊縫背面噴水或用壓縮空氣吹焊縫表面。

③降低接頭剛度和拘束度，合理布置焊縫。焊接作業(yè)時合理安排焊件的裝配順序和每道焊縫的先后順序，避免每條焊縫處在剛性拘束狀態(tài)焊接。

④收尾時盡量填滿弧坑。

⑤及時清潔坡口表面20—30 mm內(nèi)污物，防止油、水、銹等雜質(zhì)，焊接時應(yīng)嚴格控制焊接線能量及層間溫度。

3.工件應(yīng)力消除

以往傳統(tǒng)消除水梁、立柱所有焊后應(yīng)力的辦法是加熱退火或機械拉伸，但是加熱退火溫度不宜掌控，而機械拉伸操作不當(dāng)易造成設(shè)備損傷；現(xiàn)在則采用“超聲波時效儀”消除應(yīng)力，此方法已在安鋼煉鐵系統(tǒng)3#5000 m3高爐熱風(fēng)爐和8#2200 m3高爐熱風(fēng)爐制作中得到了印證，其效果完全滿足圖紙設(shè)計的技術(shù)要求；水壓試驗采用“試壓泵”打壓，試驗壓力為0.6 MPa，保壓時間不低于4個小時，從而確保試壓無泄漏。

結(jié)論

上述制造工藝，不僅能避免水梁及立柱的制造過程中的工藝缺陷，也能滿足加熱爐生產(chǎn)使用要求，更填補了單位制作成套設(shè)備方面的空白，為安鋼內(nèi)挖潛力、降本增效做出了貢獻。