陶 銀 李松海 苑鴻成

(上海寶冶工程技術(shù)有限公司 上海 200941)

1 前言

挖補(bǔ)修復(fù)就是將工件的局部區(qū)域嚴(yán)重?zé)齻蛘咦冃问У热毕萑壳宄?，在采取無(wú)損檢測(cè)、金相檢驗(yàn)后得出變形區(qū)域外側(cè)材質(zhì)未發(fā)生劣化的情況下，選取挖補(bǔ)工藝進(jìn)行修復(fù)。受現(xiàn)場(chǎng)條件和環(huán)境限制，挖補(bǔ)焊接有很大的難度，選擇適宜焊接工藝滿足規(guī)程相關(guān)條款要求是關(guān)鍵[1]。該工藝的特點(diǎn)是：能在較短的時(shí)間內(nèi)，用較低的修復(fù)成本，使設(shè)備恢復(fù)正常工作。本文通過(guò)對(duì)某鋼廠一臺(tái)鋼水包在生產(chǎn)使用過(guò)程中，發(fā)生熔損，造成設(shè)備大面積的損傷，采用挖補(bǔ)工藝進(jìn)行修復(fù)，對(duì)挖補(bǔ)修復(fù)工藝的流程及要點(diǎn)進(jìn)行了闡述。

2 缺陷原因現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果分析判斷，造成該鋼水包熔損缺陷的直接原因：由于內(nèi)部耐材損壞失效，導(dǎo)致鋼水穿過(guò)耐材燒傷本體，造成鋼水流出滲漏至包體外側(cè)，造成外側(cè)本體燒傷損壞。經(jīng)過(guò)對(duì)熔損部位及其周邊進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)、金相等檢測(cè)除燒傷部位外，其他區(qū)域母材未發(fā)現(xiàn)材質(zhì)劣化現(xiàn)象。

受現(xiàn)場(chǎng)空間和生產(chǎn)環(huán)境的限制，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行挖補(bǔ)修復(fù)有很大的難度，尤其是鋼包已經(jīng)使用了很多爐次，一旦從筒體燒損一側(cè)切割開(kāi)后，筒體圓周方向容易產(chǎn)生變形，而且焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形及應(yīng)力也必須采取措施進(jìn)行控制。

3 挖補(bǔ)前加固處理

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，確定挖補(bǔ)范圍，以耳軸為中心，寬1600mm，高度從包體頂部向下2800mm。對(duì)應(yīng)修補(bǔ)塊尺寸，材質(zhì)、厚度和挖除區(qū)域要一致。

并且為防止切割后筒體發(fā)生變形，切割前需在筒體內(nèi)部用臨時(shí)工裝進(jìn)行支撐固定。具體如圖1所示。

在鋼包頂部即包口及包口法蘭部位設(shè)計(jì)防止包殼或包體變形的“T型”鋼性拘束架，另外在耳軸挖補(bǔ)側(cè)加兩個(gè)拘束桿，拘束桿受力點(diǎn)設(shè)置在鋼包包口法蘭部位。鋼性拘束架的固定工作須在切割受損的包殼施工前完成。

圖1 工裝示意圖

4 挖補(bǔ)修復(fù)工藝

4.1 挖除缺陷部位

采用氧乙炔切割挖除熔損部位(如圖2)，注意切割形狀，以利于后續(xù)開(kāi)坡口、焊接。

圖2 挖補(bǔ)范圍示意圖

4.2補(bǔ)板及焊接材料選定

4.2.1 補(bǔ)板選材

根據(jù)圖紙和業(yè)主確認(rèn)，鋼包筒體材質(zhì)為20g、板厚為40mm，選擇補(bǔ)板原則上應(yīng)與筒體板同材質(zhì)同板厚的板材。拼裝前對(duì)筒體及耳軸材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

4.2.2 焊接材料

選用最佳的焊接材料，首先要遵循等強(qiáng)度的原則。所謂等強(qiáng)度一般應(yīng)理解為焊接接頭強(qiáng)度性能不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值[2]。按照筒體板的材質(zhì)，選擇對(duì)應(yīng)的焊條為E5015(J507)，直徑φ4/φ5。要求焊條在焊前作烘干處理，烘干箱溫度設(shè)置為350℃，溫度達(dá)到設(shè)置溫度后，保溫2小時(shí)，使用時(shí)置于100℃焊條筒保溫，現(xiàn)場(chǎng)隨取隨用。

4.3 坡口制作

坡口制備是保證焊縫良好熔合與熔透性的關(guān)鍵工序，根據(jù)焊接部位確定焊縫坡口形式是修復(fù)工藝的重要內(nèi)容。坡口形式根據(jù)焊縫形式與板厚尺寸確定。

一般板厚≤4mm,對(duì)接焊縫可不制備坡口，在板厚≥5mm為保證焊縫熔透性，要制備坡口，由于焊接修復(fù)施工容易受到坡口加工、焊接位置等條件的限制，較多采用V形坡口形式。本次修復(fù)，板厚為40mm，需要進(jìn)行雙面焊，因此采用雙面V型坡口，坡口角度按圖3進(jìn)行加工。

圖3 坡口示意圖

4.4拼裝及矯正

將補(bǔ)板拼入挖除區(qū)域，并對(duì)錯(cuò)邊部位進(jìn)行火焰和機(jī)械校正，至拼裝錯(cuò)邊量達(dá)到要求(錯(cuò)邊≤3mm)。在修復(fù)前對(duì)拼裝部位進(jìn)行矯正，采用加熱矯正、機(jī)械施力矯正及兩種方法結(jié)合運(yùn)用。

采用火焰加熱矯正方法，加熱溫度在600～800℃，同一加熱位置加熱次數(shù)不應(yīng)超過(guò)兩次。焊件熱狀態(tài)矯正，一般不得在藍(lán)脆溫度(250～500℃)進(jìn)行，冷狀態(tài)矯正不得在環(huán)境溫度低于-12℃進(jìn)行。

4.5焊前清理

清理時(shí)用清洗液、鋼絲刷將焊縫及兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的著色液、油銹及附著雜質(zhì)等清理干凈。用砂輪機(jī)將焊接坡口處的氣刨或切割影響層打磨去除。

4.6焊接

4.6.1 焊接順序

先焊接縱縫、再焊接橫縫，先焊外面、再焊里面，先焊坡口內(nèi)圈、再焊坡口外圈，兩人一組同時(shí)對(duì)稱焊接。

4.6.2 焊接采用直流反接，操作方法采用分段退焊法。

4.6.3 預(yù)熱、道間溫度要求

焊接接頭預(yù)熱過(guò)程中各部位加熱時(shí)應(yīng)均勻進(jìn)行[3]。對(duì)待焊部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)的加熱區(qū)域應(yīng)在焊接坡口兩側(cè)，寬度為焊件施焊處厚度2倍以上，且不小于100mm。預(yù)熱溫度100～150℃。

最低層間溫度是指在焊接過(guò)程中，任何施焊時(shí)刻其施焊部位必須達(dá)到的溫度，另外，對(duì)于長(zhǎng)焊縫，天氣寒冷等導(dǎo)致熱量容易散失的情況，必須隨時(shí)加熱，以保持施焊部位滿足最低道間溫度的要求[3]。本次施焊道間溫度不小于預(yù)熱溫度，采用紅外測(cè)溫儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫。

4.6.4 焊接規(guī)范

打底層、蓋面層采取Φ4焊條，焊接電流控制在120A～150A左右；中間焊層采取Φ5焊條進(jìn)行焊接，焊接電流控制在160A～200A左右。層間采用多層多道焊接，道間采用錘擊工藝。背面焊時(shí)，必須清根后焊接。焊接至表面層時(shí)注意應(yīng)與母材圓滑過(guò)渡。

4.6.5 焊接檢查

所有焊縫外形均勻、成形良好。焊道與焊道、焊道與基本金屬間過(guò)渡平滑，焊渣與飛濺清除干凈。所有焊縫均不得存有裂紋、燒穿、熔合不良等缺陷，所有對(duì)接焊縫按NB/T47013-2015標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行UT檢測(cè)，I級(jí)合格。對(duì)于不合格的焊縫要及時(shí)進(jìn)行處理、返修。

4.7 焊后消應(yīng)力處理

焊接完成后為了改善焊接區(qū)的性能和消除焊接殘余應(yīng)力等有害影響，對(duì)焊縫部位進(jìn)行熱處理。根據(jù)材質(zhì)和厚度選擇合適的熱處理工藝，具體工藝見(jiàn)圖4所示。

采用DWK-A型-360kW熱處理機(jī)對(duì)焊縫進(jìn)行加熱，根據(jù)工藝要求，加熱速度控制在80℃以內(nèi)，加熱至恒溫溫度580℃，保持恒溫150min，冷卻速度控制在50℃以內(nèi)，緩冷至300℃后，進(jìn)行空冷。熱處理加熱范圍，每側(cè)不應(yīng)小于焊縫寬度的3倍，加熱區(qū)以外100mm范圍內(nèi)采用硅酸鋁纖維氈進(jìn)行保溫。

圖4 焊后熱處理工藝曲線圖

5 結(jié)論

通過(guò)采用以上挖補(bǔ)工藝對(duì)該鋼包進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)了該設(shè)備的正常使用。對(duì)于鋼包等盛裝熔融金屬的大型設(shè)備，由于在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期高載荷運(yùn)轉(zhuǎn)，使用環(huán)境惡劣，有些部位難免會(huì)出現(xiàn)熔損、開(kāi)裂等失效現(xiàn)象，影響到安全使用。采用挖補(bǔ)工藝進(jìn)行修復(fù)是非常必要的手段，如果挖補(bǔ)修理都不能保證恢復(fù)其正常使用，那么該設(shè)備只能報(bào)廢處理。因此挖補(bǔ)修復(fù)工藝的正確制定及嚴(yán)格執(zhí)行是決定設(shè)備能否正常運(yùn)行及恢復(fù)使用壽命的關(guān)鍵因素。