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济南钢铁集团总公司第一炼铁厂(简称济钢第一炼铁厂)高炉炉顶装料设备由受料漏斗、布料器(由小料斗和小料钟等组成)和装料器(由大料钟、大料斗和气封罩等组成)组成。料钟及料斗是炼铁设备的重要组成部分,由于设备启动和制动频繁,受载大,机械零件表面不断受到炉料的冲击和磨损。另外,随着高温高压操作的推广,装料设备受到荒煤气的冲刷和侵蚀越来越严重。料钟及料斗零件配合表面不可避免地受到严重磨损,使其气密性大大减弱,设备寿命也随之缩短〔1〕。为提高料钟、料斗的使用寿命,延长设备检修周期,提高劳动生产率,我们采用了自动埋弧堆焊的办法,对料钟、料斗配合表面进行堆焊,以提高其接合面的强度及耐磨性。经过施工后,此设备完全适应了炼铁的生产要求,延长了使用寿命,并提高了生产效率。
1 焊前准备
料钟与料斗材质均为ZG35,施焊时打底焊选用φ3.2mm的1Cr18Ni9Ti焊丝,填充焊选用φ3.2mm的3Cr2W8焊丝,焊前两种焊丝均需除油、除水、除锈、除污。焊剂分别为HJ260、陶质焊剂,使用前需进行200～250℃烘干,1～1.5h保温处理,以消除焊剂内水分,且随用随取。施焊前需将零件坡口处的铁锈、油污、水分等清理干净,露出金属光泽。
2 施焊
焊接工艺参数如表所示。
焊接工艺参数表
2.1 焊前预热
施焊前设计并制造两个工装设备,其构造如图1所示。堆焊料钟时应在整个焊件及工装外部搭上一金属结构架,然后在架子顶部铺上厚厚的石棉层,以防止因堆焊时焊件加热温度高而影响焊工操作，同时需在架子上开一焊接施工孔,尺寸不宜过大,便于施工即可。堆焊料斗时则需将焊机置于一适当钢板上,焊工站立操作，焊机固定不动,然后将料钟或料斗置于工件设备的三个滚轮架上,并以(38～40)m/h的转速按图1的方向顺时针旋转,同时用火焰将工件坡口处均匀升温预热至300～400℃。
图1 料钟料斗工装示意简图
2.2 焊接要求
(1)堆焊层不得有裂纹、气孔、夹渣、未熔合、咬边等缺陷。(2)加工后,两工件配合表面硬度HRC不小于49。
2.3 打底焊
打底焊时采用HJ260焊剂和直径为3.2mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢焊丝。采用1Cr18Ni9Ti为过渡层的目的是为减少合金层与母材金属在焊接过程中由于局部过热而产生的内应力,避免焊缝金属内部产生内裂纹等缺陷。施焊过程中工件需按38～40m/h的转速旋转,均匀而持续的加热,温度为300～400℃。施焊角度尺寸如图2所示。
图2料钟料斗施焊尺寸示意图
其中料钟为下坡焊,为上坡焊〔2〕。施焊时首先从坡口宽度方向内侧起开始,依次向外侧施焊。焊完一道焊缝,应往外侧方向移动半自动埋弧焊小车3～4mm,使此道焊缝压住前一道焊缝的1/3左右。这样可使焊缝连续,且整个堆焊层焊缝均匀密布,表面光整,成形美观。打底焊堆焊层厚度以7～10mm为宜。
2.4 填充焊
填充焊时采用φ3.2mm的3Cr2W8焊丝及陶质焊剂。施焊时注意焊剂通道是否流畅,避免焊接时焊剂不连续,使焊接熔池暴露在大气当中,以产生气孔等缺陷。其操作方法与打底焊方法基本一致,直至堆焊层高出工件结合面3mm为止。
2.5 焊后保温
料钟或料斗堆焊完成后,应继续持续升温至400～500℃,并继续火焰加热保温,保温时间为3～4h。保温完成后,控制煤气流量,缓慢冷却,以避免由于骤冷引起的冷裂纹。
2.6 焊接质量检验
2.6.1 外观检测 过渡层焊后应对焊缝进行目测,检查有无焊接裂纹及其它焊接缺陷,如发现有焊接缺陷的产生,应用磨光机将其打磨干净。堆焊层的每一道焊缝都需有专人负责目测检查,无任何超标缺陷再堆焊下一层,直至整个焊件完成。
2.6.2 磁粉探伤 整个焊接完成并加工后,对整个焊接部位进行磁粉探伤,检测与焊缝垂直方向有无纵向裂纹。
以上检验过程中如果无裂纹、夹渣、咬边、未熔合及气孔等焊接缺陷,焊接质量方视为合格。
3 几点体会
(1)料钟、料斗配合表面自动埋弧堆焊对焊接设备要求严格,所采用的埋弧焊机应引弧容易,燃烧稳定;施焊时不粘丝;焊缝成形美观。为适应料钟、料斗上、下坡焊的要求,埋弧焊机应体积小、重量轻、易移动〔2〕。
(2)此种焊接方法对料钟、料斗坡口尺寸要求严格,要求把坡口倒角加工成缓坡状,以利于焊机送丝要求,避免产生咬边或未熔合等焊接缺陷的产生。
(3)施焊过程中,施工人员应分工明确,施焊与清渣各有专人负责,以防止夹渣等缺陷。如焊接过程中出现熄火或粘丝等现象时,应及时关掉埋弧焊机,然后将凸起的焊道端部或焊瘤用磨光机磨平,防止局部出现未熔合及夹渣等缺陷。
(4)焊接过程中,焊机只在坡口宽度方向上移动。移动时用手动,移动距离5～7mm,而料钟、料斗旋转方向焊机不移动,从而降低了劳动强度,提高了劳动效率〔2〕。
4 结语
4.1 采用1Cr18Ni9Ti不锈钢作为堆焊的过渡层,可以有效地避免母材ZG35合金向焊缝合金层扩散,从而避免合金层与母材金属因内应力集中而产生内裂纹。
4.2 采用3Cr2W8合金作为堆焊层,可使焊缝金属随着Cr、W等元素的含量增加,使其常温硬度、红硬性、高温硬度及高温耐磨性均得到提高。
4.3 焊前预热、施焊加热以及焊后保温等措施对于避免焊缝产生内外裂纹均有重要作用。
4.4 此焊接工艺解决了手工电弧堆焊施工难度大、焊接成本高、劳动效率低以及焊接质量差等缺点。其操作简单易学,值得推广。
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