窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术

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【摘 要】 本文通过对以往炉皮焊接方法缺陷的分析，指出了窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术更适合炉皮焊接，文章重点阐述了窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术方案及我公司使用此技术所取得的效益。文章最后指出窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术非常值得推广。

【关键词】 窄间隙气电保护焊 环缝埋弧焊接

1 概述

1.1 以往高炉工程中，炉壳立缝采用电渣焊，电渣焊操作过程比较繁琐。体现在焊前需要事先加工好结晶器，根据炉壳各带板厚准备相应的引弧板和卡具，并且每道焊缝必须选用与焊缝长短相对应的管焊条，焊接前需要将焊缝用泥完全封闭，且焊接时焊接速度较慢，所以焊接效率受多种条件的制约。

炉壳环缝焊接采用手工焊，环缝焊接操作时较其它手工焊接方法难，效率低，容易出现缺陷，且需要多人进行焊接，为保证焊接质量，必须由技术水平高的工人进行操作。

炉壳立缝采用电渣焊，环缝采用手工焊，劳动强度高，效率低，且容易出现缺陷。

1.2 为了改善焊工作业环境，降低劳动强度，提高焊接生产率，并能获得良好的焊接成形。经过不断探索，我们总结如下：冶金高炉及热风炉这种大型钢结构的炉体（罐体）都是用厚板制成的，其接头形式大多为直线形长焊缝，焊接施工工程量大，特别适合于自动化焊接。如果应用气电立焊自动焊接操作机及环缝埋弧自动焊接操作机进行操作，可大大提高焊接的速度，获得优良的焊缝质量，且成本越来越低，应用所产生的综合效益明显。

2 窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术方案

2.1 我公司首次使用窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术是在宁波建龙2560m3高炉及配套热风炉工程中。此工程包括高炉一座，共分21带，直径最大14.2米，最小2.8米，钢材材质为Q345B，板厚40mm～80mm不等，建筑标高53.2米；热风炉三座，每座26带，直径10米，板厚22mm～80mm不等，建筑标高49.7米。重力除尘器一座，筒体直径13.04米，高12.7米，共计2500吨。

2.2 主要内容及特点

2.2.1 气电立焊是一种高效率、高质量的焊接方法。它采用药芯焊丝，外加CO2气体保护，即气渣联合保护方式，用于焊接垂直和接近于垂直位置的焊接接头。其成形采取强制成形方式。在焊缝正面用水冷滑块，焊缝背面用挡块，利用焊接小车携带焊枪、滑块在刚性轨道上运行，小车随焊缝熔池的上升而同步上升，焊缝在水冷滑块作用下强制一次成形。可获得美观的焊缝成形和优质的焊缝质量。可焊板厚范围：单面焊8～35mm，双面焊26～55mm，可焊板宽1200～3300mm。

2.2.2 环缝埋弧焊是利用特殊的焊接工艺装置采用普通埋弧自动焊机进行环缝焊接的一种特殊形式，一般用于焊接横向水平直焊缝和横向水平环焊缝。该方法利用较小的焊接电流、电弧电压和较高焊接速度，获得在横向上的焊接成形。埋弧焊焊接电弧在焊剂覆盖下燃烧，电弧光不外露，焊接过程自动进行，焊接环境良好。它采用多层多道焊接工艺，焊接熔敷率是手工电弧焊的5～6倍，焊接成本为手工电弧焊的60%以下。可焊板宽1400～2600mm，可焊罐体直径大于5m。

2.3技术方案

2.3.1气电立焊所焊焊缝位置垂直或接近于垂直方向，电弧轴线方向和焊缝熔深方向成直角。

中薄板采用V型坡口：最大可焊厚度35mm，坡口在外，在外面焊接。不管钢板厚度多大，坡口正面都为：17+1mm，背面都为：5+1mm，如图1（1）；中厚板采用X型坡口：最大可焊厚度55mm。不管钢板厚度多大，外面坡口都为：17+1mm，间隙为：6+1mm，如图1（2）。大于55mm板，外面放铜排，先在内面用手工电弧焊打底至55mm坡口，再自动焊接。

2.3.2.环缝埋弧焊采用多道多层焊接工艺，打底焊道是最关键的一条焊缝，打底焊道易出现焊穿、夹渣、未熔合、气孔等缺陷，打底焊道的好坏直接影响下一焊道的焊接质量和操作施焊的难易程度。由于坡口宽度，间隙不完全一致，所以要根据每一段坡口的条件，改变焊接速度，保证打底焊道的焊肉均匀一致、上下熔合良好。打底焊道修补好后再焊接下一道焊缝，焊好打底焊道，是保证焊接质量的前提。焊接下一道焊缝前，应对前一道焊缝进行修整。根据情况可以开不等边K形坡口，焊接时，先焊外壁，后焊内壁。焊枪角度在25°～30°为宜。坡口形式、压道方式如图2（1）、图2（2）。

2.3.3.焊接规范参数均根据焊接工艺评定试验确定。

2.3.3.1环缝埋弧焊焊接工艺参数

焊接电流300－350A

电弧电压24－38V

焊接速度0－2000mm/min

快行速度2000 mm/min

2.3.3.2气电立焊焊接工艺参数

焊接电流300－400A

电弧电压24－38V

焊接速度0－1000mm/min

2.3.4.最低预热温度（如表1）

2.3.5.预热的加热区域应在焊接坡口两侧宽度应为施焊处厚度的1.5倍以上，且不小于100mm，预热温度应在施焊处反面测量。

2.3.6.消氢处理的加热温度为200－250℃，保温时间应依据板厚按25mm不小于0.5小时，且总保温时间不小于1小时确定。达到保温时间后缓冷至常温。

2.4. 实施效果

气电立焊与电渣焊相比，焊接热影响区小，焊接应力小，能够提高焊接部件的内在质量。环缝埋弧自动焊与手工焊相比，能够利用较小的焊接电流、电弧电压和高的焊接速度，获得焊缝成形。其劳动强度小，焊接自动化程度高，焊接环境好。

窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用，减少了人力投入，减少了人为因素对质量的影响，能提高生产率，获得优美的焊缝成形和优质的焊接质量。

气电立焊可广泛用于罐体、高炉、船体、管道等钢结构立缝的自动化焊接，环缝自动焊用于焊接横向水平直焊缝和横向水平环焊缝，其操作简单、方便，且自动化程度高，质量好，速度快，能提高效率，降低工程成本，效果很好，目前已在我公司内广泛应用。如果这两项技术在更大范围内推广，将能获得更好的综合社会效益。

2.5坡口与板厚的关系

在同行业中率先使用窄间隙气电保护焊及环缝焊接技术，并在实施过程中，经过做焊接工艺评定试验，反复试焊，确定了关键技术，确定了坡口与板厚的关系。

2.5.1窄间隙气电立焊坡口尺寸不随钢板厚度而改变，钢板厚度不同，坡口角度相同。

2.5.2环缝埋弧焊开不等边K形坡口，焊接时，先焊外壁，后焊内壁。改变了以往埋弧焊仅限于平焊位置的传统方法。

2.5.3与现场实际相结合，通过试验，确定了合理的焊接工艺参数。

2.5.4根据焊接工艺要求，确定现场条件。

2.6 容易出现的问题及改进措施

气电立焊在所有电弧焊方法中其焊接生产率为最高，它的焊接生产率是手弧焊的30多倍，焊接板厚20mm、长2400mm的立缝，气电立焊仅用20分钟，而手弧焊要用10小时。

环缝埋弧自动焊焊接熔敷率是手工电弧焊的5～6倍。考虑坡口截面、熔敷速度、纯焊接时间等因素，焊接一座5万立方米的大型贮油罐其横焊的焊接成本为手工电弧焊的60%以下，焊接生产率高，大大减轻了工人的劳动强度，减少了原材料及能源的消耗，提高了焊接质量。

容易出现的问题：气电立焊及环缝埋弧自动焊在送丝速度一定的条件下，电流太大或电压太高，能量将增大，焊缝表面容易出现气孔、夹渣、咬边、接头不良等现象，而且探伤不合格，影响焊缝质量。

改进措施：进行焊接工艺评定试验，并在合格后，制定焊接工艺规范，确定焊接方案。在焊接时，把电流或电压控制在焊接工艺评定确定的参数范围内。

3 窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术取得的效益

3.1经济效益（如表2）

3.2社会效益

我公司自2003年推广窄间隙气电保护焊及环缝焊机的应用技术以来，主要应用于冶金高炉炉体及热风炉等大型钢结构主体结构的焊接。立缝气电立焊操作机同横缝埋弧自动焊操作机组合配套使用是实现贮油罐、高炉等大型钢结构自动化焊接的理想设备。

我公司把这两项先进的焊接技术积极投入到施工中，提高了我公司的焊接技术水平，树立了我公司形象及品牌，为我公司以后承建此类工程创造了良好的信誉。

该举措缩短了工程工期，并使业主投入周期明显缩短，见效快，给业主提前带来效益。这两项先进焊接技术的应用，提升了我公司的市场竞争力，为我公司在钢结构市场中占有不可动摇的地位打下了坚实的基础，并为我公司开拓非冶金市场创造了有利条件，其综合社会效益是无可估量的。如果此两项技术推广开来，应当说是该行业的一场革命，充分体现出现代化科学技术的生产力！

4 推广应用情况

2003年4月-2004年3月，在宁波建龙2560m3高炉工程中首次应用气电立焊及环缝埋弧自动焊技术，用于高炉及热风炉壳体的焊接。

2003年6月-2004年4月，推广用于莱钢大H型钢生产线2#1880m3高炉钢结构工程高炉及热风炉壳体的焊接

2004年3月-2004年6月，推广用于承德1260m3高炉工程高炉及热风炉壳体的焊接。

2004年6月-2004年8月，推广用于本钢3#2560m3高炉工程高炉及热风炉壳体的焊接。

2005年2月-2005年10月，推广用于莱钢银山前区1#、2#两座1000m3高炉工程高炉壳体的焊接；宣钢1880m3高炉热风炉工程热风炉壳体的焊接。

2006年2月-2006年10月，推广用于承德2500m3高炉工程。

目前正应用于我公司承建的所有高炉工程及热风炉工程的焊接。

5 结论

此两项新技术的应用，使我公司获得了良好的综合效益。不仅节约了成本，还大大提高了生产率，缩短了钢结构工期，为业主早创效益争取了宝贵的时间，大大提升了我公司的市场竞争力，非常值得推广。

参考文献

[1] 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001

[2] 建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002

[3] 高炉立缝自动焊接操作机说明书 沈阳大学焊接自动化研究所

[4] 横缝埋弧自动焊操作机说明书，沈阳大学焊接自动化研究所

作者简介

付百东，男，1969.11，中国二十二冶集团有限公司，高级工程师，钢结构施工。