论文部分内容阅读
[摘 要]本文就工矿企业大型机械设备在现场维修过程中遇到的焊接方面的问题，进行了有益的实验与探索。结合现场实际条件，探索性地制定了大型设备现场焊接的具体工艺参数及相关施工技术要求，采用碳弧气刨X型坡口、多层段焊物理打击消除应力、远红外跟踪局部保温控制变形等创新性方法，克服了现场施工不具备生产厂家专业条件、施工过程中相关技术指标难控制等难题，收到了良好的效果。为同行业企业大型设备的现场维修探索出了一条实用性强、施工难度小、经济效益可观的维修方式。
[关键词]焊接 方法 注意事项。
中图分类号：TH447 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
一、项目实施背景及可行性分析
选矿车间1#、2#自磨机经过近十年使用，在工作应力的长期作用下，近期先后在设备的进料和出料两端的端盖与内圈法兰连接焊缝处，沿圆周产生18条长度分别为150mm—1800mm不等的贯穿性裂纹，并且裂纹的扩展速度较快，已经处于失稳状态，如不及时采取有效措施，就有可能造成严重的设备事故，将直接影响全厂甚至全公司的正常生产，需要尽快进行现场的焊接修复。
经过查阅相关技术资料并与厂家沟通后，得知法兰金属材料由于含碳量达到0.35%，另外为了提高其铸造性能加入了较高含量的硅元素，所以碳当量可能达到0.5%以上，焊接性能较差，需要进行焊前200-250℃预热，并且焊接过程中不得低于该预热温度，焊后还要进行650℃的焊后热处理等严格的焊接工艺措施，但现场焊接修复因为设备体积巨大，焊前预热和保温都无法保证更不要说焊后热处理。另外，通过查看设备构造图纸发现裂纹处的厚度达到50mm，这么大的厚度必须开双面X型坡口来彻底清除裂纹，但现场条件下裂纹的清除和坡口的加工也非常困难，如不能找到切实可行的解决方案，将难以保证焊接修复质量，从而造成焊接修复工作的失败。一套衬板价值几十万近百万，将造成极大的浪费。
经过一段时间反反复复到现场观察设备构造和结构情况，多次与相关技术人员一起分析和探讨。最后决定采用对裂纹双侧开X型坡口，坡口应内小外大即内部坡口尺寸应为外部坡口尺寸的1/2左右，深度要能够将裂纹全部清除，焊接后在端盖裂纹处圆周上均布焊接加强筋板，加强筋板的作用是分担部分工作应力，以改善断裂处工作状态下的受力情况。
二、编制施工方案
1、焊接修復方案
1.1 裂纹清除及坡口制备
裂纹的清除应从端盖内外两侧用氧-乙炔火焰先进行宽度为200mm-300mm的局部预热，然后用碳弧刨割条将裂纹全部清除，并在内外两侧开好X型坡口，坡口应内小外大即内部坡口尺寸应为外部坡口尺寸的1/2左右，然后用角向磨光机打磨坡口直至露出金属光泽。
1.2 焊接方法及焊接材料
根据端盖材质并结合现场设备条件和具体情况决定在内侧坡口采用焊条电弧焊（操作灵活方便，适合自磨机内部狭小空间的焊接）；外侧坡口采用CO2气体保护焊（焊接速度快，焊接变形小）的组合焊接方法，既有效的控制了焊接变形，又提高了焊接速度和效率。手工焊条电弧焊的焊条则选用强度与端盖母材接近并具有良好韧性和抗裂性能的E5015（J507）低氢型焊条，完成此次焊接修复工作。
1.3 针对原焊接位置及焊缝形式决定采用多层多道的具体焊接工艺完成此次焊接修复任务。
1.4 为解决无法进行整体热处理的实际情况，每条裂纹焊接修复后都要加焊退火焊道，用焊工专用刨锤在焊接部位均匀打击，以出现1-2mm凹槽为准，以此方式降低一部分部分焊接过程造成的应力。
2、焊接修复工作的注意事项和要点
2.1 裂纹清除要点
裂纹必须彻底清除，X型坡口中间应留2mm—3mm的间隙已保证打底焊缝焊透。
2.2 焊接过程注意事项
整个焊接过程，应先从内侧坡口进行打底焊接，完成后在外侧用碳弧刨割条清根，再用角向磨光机打磨消除打底焊缝中的缺陷保证焊接质量。然后，在外侧坡口内部进行打底焊，之后按内侧一层、外侧两层的焊接顺序完成整道焊縫的焊接工作。
2.3 裂纹的焊接修复顺序
裂纹的焊接修复顺序应本着对称进行的原则进行，第一条裂纹焊接修复之后，再修复处于该裂纹180°左右处的裂纹，之后再修复处于90°左右两处裂纹，尽量控制和减少因焊接应力作用而引起应力变形。
3、后热处理
每道裂纹焊接修复后都应配合250°—300°的后热处理，加热方法为用氧—乙炔火焰沿焊道内外两侧对称均匀进行，用红外线测温仪跟踪控制加热温度，通过后热作用分散部分焊接应力，防止设备在修复使用后，因焊接应力作用而再次开裂，确保修复质量。（严格意义上应采用焊后消除应力得热处理加热到600°-650°，保温4-5小时缓冷，但因设备体积和条件限制无法采用，只能用该方法补救。）
4、材料准备焊钳2-3把、CO2气体保护焊设备及辅助备件一套、焊丝50-1六盘（120公斤）、E5015（J507）焊条五箱（约100公斤）、100/150磨光机各一台，配套砂轮片各50片。
三、方案实施过程及问题处理
1、现场焊接修复的主要难点问题：
1.1设备的体积巨大，焊前预热困难，焊后热处理无法进行。
1.2端盖厚度较大（50mm），裂纹又必须彻底清除，但在现场条件下裂纹清除和焊接坡口加工困难。
1.3焊接工作量很大，如不采取切实可行的工艺措施，将会产生严重的焊接应力和变形。
2、创新焊接工艺，解决实际难题：
2.1采用双面U型坡口形式（内小外大），配合合理的焊道布置（内一外二），有效控制了焊接变形。
2.2运用新型电弧刨割技术（电弧刨割条ST-11），成功解决了现场裂纹的清除及焊接坡口加工难题，并极大的减少了坡口打磨修整的工作量。降低了劳动强度，提高了坡口加工质量和效率。
2.3内侧坡口采用焊条电弧焊（操作灵活方便，适合自磨机内部狭小空间的焊接），外侧坡口采用CO2气体保护焊（焊接速度快，焊接变形小）的组合焊接方法，既有效的控制了焊接变形，又提高了焊接速度和效率。
2.4通过焊接退火焊道并配合焊缝200℃后热，以减少部分焊接应力，成功解决了无法整体进行焊后热处理带来的焊接应力无法消除的工艺难题。
2.5焊后在修复焊缝处沿圆周均布焊接加强筋板，以部分分担设备运转时的工作应力，防止设备运转产生的工作应力与焊接应力形成应力叠加，对焊接修复后的焊缝造成威胁。
通过将多种焊接方法和多种不同焊接工艺措施创新性的组合在一起，解决了本次现场焊接修复工作遇到的多种难题，顺利完成了本次焊接修复工作。
四、效果检查及经济效益分析
1、效果检查：
该设备焊接修复后连续运转近一年时间，在近期停车检修时，对其进行了细致检查发现，修复焊缝完好，未发现因应力作用而造成焊缝颜色、形状的变化和新的裂纹产生。顺利通过了焊接修复后运转的危险期，同时也意味着本次焊接修复工作取得圆满成功。
2、经济效益分析：
2.1经济效益：本项目成功焊接修复了1、2系列自磨机端盖裂缝，延长了设备使用寿命，节约了备件成本。每件端盖的采购成本为65万元，2×65=130万元。
2.2无形效益：该项目的成功实施为以后同类（自磨端盖及相关设施）焊接修复工作，积累了非常宝贵实际经验，使焊接修复工作能够在选矿厂的实际生产工作中更好的发挥作用。同时，该项目的实施过程中，应用了较多的新技术和工艺，既锻炼了队伍检验了焊工技能又提高了焊工综合技术水平。
[关键词]焊接 方法 注意事项。
中图分类号：TH447 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
一、项目实施背景及可行性分析
选矿车间1#、2#自磨机经过近十年使用，在工作应力的长期作用下，近期先后在设备的进料和出料两端的端盖与内圈法兰连接焊缝处，沿圆周产生18条长度分别为150mm—1800mm不等的贯穿性裂纹，并且裂纹的扩展速度较快，已经处于失稳状态，如不及时采取有效措施，就有可能造成严重的设备事故，将直接影响全厂甚至全公司的正常生产，需要尽快进行现场的焊接修复。
经过查阅相关技术资料并与厂家沟通后，得知法兰金属材料由于含碳量达到0.35%，另外为了提高其铸造性能加入了较高含量的硅元素，所以碳当量可能达到0.5%以上，焊接性能较差，需要进行焊前200-250℃预热，并且焊接过程中不得低于该预热温度，焊后还要进行650℃的焊后热处理等严格的焊接工艺措施，但现场焊接修复因为设备体积巨大，焊前预热和保温都无法保证更不要说焊后热处理。另外，通过查看设备构造图纸发现裂纹处的厚度达到50mm，这么大的厚度必须开双面X型坡口来彻底清除裂纹，但现场条件下裂纹的清除和坡口的加工也非常困难，如不能找到切实可行的解决方案，将难以保证焊接修复质量，从而造成焊接修复工作的失败。一套衬板价值几十万近百万，将造成极大的浪费。
经过一段时间反反复复到现场观察设备构造和结构情况，多次与相关技术人员一起分析和探讨。最后决定采用对裂纹双侧开X型坡口，坡口应内小外大即内部坡口尺寸应为外部坡口尺寸的1/2左右，深度要能够将裂纹全部清除，焊接后在端盖裂纹处圆周上均布焊接加强筋板，加强筋板的作用是分担部分工作应力，以改善断裂处工作状态下的受力情况。
二、编制施工方案
1、焊接修復方案
1.1 裂纹清除及坡口制备
裂纹的清除应从端盖内外两侧用氧-乙炔火焰先进行宽度为200mm-300mm的局部预热，然后用碳弧刨割条将裂纹全部清除，并在内外两侧开好X型坡口，坡口应内小外大即内部坡口尺寸应为外部坡口尺寸的1/2左右，然后用角向磨光机打磨坡口直至露出金属光泽。
1.2 焊接方法及焊接材料
根据端盖材质并结合现场设备条件和具体情况决定在内侧坡口采用焊条电弧焊（操作灵活方便，适合自磨机内部狭小空间的焊接）；外侧坡口采用CO2气体保护焊（焊接速度快，焊接变形小）的组合焊接方法，既有效的控制了焊接变形，又提高了焊接速度和效率。手工焊条电弧焊的焊条则选用强度与端盖母材接近并具有良好韧性和抗裂性能的E5015（J507）低氢型焊条，完成此次焊接修复工作。
1.3 针对原焊接位置及焊缝形式决定采用多层多道的具体焊接工艺完成此次焊接修复任务。
1.4 为解决无法进行整体热处理的实际情况，每条裂纹焊接修复后都要加焊退火焊道，用焊工专用刨锤在焊接部位均匀打击，以出现1-2mm凹槽为准，以此方式降低一部分部分焊接过程造成的应力。
2、焊接修复工作的注意事项和要点
2.1 裂纹清除要点
裂纹必须彻底清除，X型坡口中间应留2mm—3mm的间隙已保证打底焊缝焊透。
2.2 焊接过程注意事项
整个焊接过程，应先从内侧坡口进行打底焊接，完成后在外侧用碳弧刨割条清根，再用角向磨光机打磨消除打底焊缝中的缺陷保证焊接质量。然后，在外侧坡口内部进行打底焊，之后按内侧一层、外侧两层的焊接顺序完成整道焊縫的焊接工作。
2.3 裂纹的焊接修复顺序
裂纹的焊接修复顺序应本着对称进行的原则进行，第一条裂纹焊接修复之后，再修复处于该裂纹180°左右处的裂纹，之后再修复处于90°左右两处裂纹，尽量控制和减少因焊接应力作用而引起应力变形。
3、后热处理
每道裂纹焊接修复后都应配合250°—300°的后热处理，加热方法为用氧—乙炔火焰沿焊道内外两侧对称均匀进行，用红外线测温仪跟踪控制加热温度，通过后热作用分散部分焊接应力，防止设备在修复使用后，因焊接应力作用而再次开裂，确保修复质量。（严格意义上应采用焊后消除应力得热处理加热到600°-650°，保温4-5小时缓冷，但因设备体积和条件限制无法采用，只能用该方法补救。）
4、材料准备焊钳2-3把、CO2气体保护焊设备及辅助备件一套、焊丝50-1六盘（120公斤）、E5015（J507）焊条五箱（约100公斤）、100/150磨光机各一台，配套砂轮片各50片。
三、方案实施过程及问题处理
1、现场焊接修复的主要难点问题：
1.1设备的体积巨大，焊前预热困难，焊后热处理无法进行。
1.2端盖厚度较大（50mm），裂纹又必须彻底清除，但在现场条件下裂纹清除和焊接坡口加工困难。
1.3焊接工作量很大，如不采取切实可行的工艺措施，将会产生严重的焊接应力和变形。
2、创新焊接工艺，解决实际难题：
2.1采用双面U型坡口形式（内小外大），配合合理的焊道布置（内一外二），有效控制了焊接变形。
2.2运用新型电弧刨割技术（电弧刨割条ST-11），成功解决了现场裂纹的清除及焊接坡口加工难题，并极大的减少了坡口打磨修整的工作量。降低了劳动强度，提高了坡口加工质量和效率。
2.3内侧坡口采用焊条电弧焊（操作灵活方便，适合自磨机内部狭小空间的焊接），外侧坡口采用CO2气体保护焊（焊接速度快，焊接变形小）的组合焊接方法，既有效的控制了焊接变形，又提高了焊接速度和效率。
2.4通过焊接退火焊道并配合焊缝200℃后热，以减少部分焊接应力，成功解决了无法整体进行焊后热处理带来的焊接应力无法消除的工艺难题。
2.5焊后在修复焊缝处沿圆周均布焊接加强筋板，以部分分担设备运转时的工作应力，防止设备运转产生的工作应力与焊接应力形成应力叠加，对焊接修复后的焊缝造成威胁。
通过将多种焊接方法和多种不同焊接工艺措施创新性的组合在一起，解决了本次现场焊接修复工作遇到的多种难题，顺利完成了本次焊接修复工作。
四、效果检查及经济效益分析
1、效果检查：
该设备焊接修复后连续运转近一年时间，在近期停车检修时，对其进行了细致检查发现，修复焊缝完好，未发现因应力作用而造成焊缝颜色、形状的变化和新的裂纹产生。顺利通过了焊接修复后运转的危险期，同时也意味着本次焊接修复工作取得圆满成功。
2、经济效益分析：
2.1经济效益：本项目成功焊接修复了1、2系列自磨机端盖裂缝，延长了设备使用寿命，节约了备件成本。每件端盖的采购成本为65万元，2×65=130万元。
2.2无形效益：该项目的成功实施为以后同类（自磨端盖及相关设施）焊接修复工作，积累了非常宝贵实际经验，使焊接修复工作能够在选矿厂的实际生产工作中更好的发挥作用。同时，该项目的实施过程中，应用了较多的新技术和工艺，既锻炼了队伍检验了焊工技能又提高了焊工综合技术水平。