水泥廠球磨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝改進(jìn)

PAGEPAGE7水泥廠球磨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝改進(jìn)水泥廠用球磨機(jī)由于其運(yùn)行環(huán)境惡劣，受疲勞載荷高，經(jīng)常發(fā)生筒體焊縫開裂現(xiàn)象。本文根據(jù)作者從事球磨機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，有效解決了焊縫開裂現(xiàn)象。0．前言過(guò)去水泥廠球磨機(jī)端蓋與筒體焊縫多采用T形接頭焊接形式，焊接工作量大且易產(chǎn)生焊接裂紋。給產(chǎn)品運(yùn)行服役帶來(lái)不可靠因素，并增加檢修成本，給企業(yè)帶來(lái)停機(jī)、停產(chǎn)引起的巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此應(yīng)對(duì)其焊接結(jié)構(gòu)及焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)。1．球磨機(jī)焊縫開裂原因分析某廠2000年生產(chǎn)Ф3.0×13m高細(xì)球磨機(jī)（結(jié)構(gòu)形式見圖1），第一臺(tái)試生產(chǎn)時(shí)，在端蓋與第一節(jié)筒體的環(huán)縫焊接后發(fā)現(xiàn)大面積開裂。切開焊縫橫截面觀察，裂紋在整條環(huán)縫上有42條，呈縱向分布。個(gè)別裂紋貫穿整個(gè)焊縫厚度方向。且部分焊縫表面有氧化的色彩，說(shuō)明這些裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，屬于結(jié)晶裂紋。按照結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理，在焊逢結(jié)晶過(guò)程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂。產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的條件是焊縫在脆性溫度區(qū)內(nèi)所承受的拉伸應(yīng)力大于焊縫金屬所具有的塑性。液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的內(nèi)因，而拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的必要條件。對(duì)母材和焊材進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)焊條含磷量偏高，焊接時(shí)形成低熔點(diǎn)共晶，而低熔點(diǎn)共晶形成的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的內(nèi)因。端蓋厚度為110mm，直徑3m，材質(zhì)為Q235-B，筒節(jié)厚度為45mm，材質(zhì)為Q235-B，坡口形式及焊接順序如圖2，焊接時(shí)先焊內(nèi)側(cè)，焊條電弧焊，焊滿后外側(cè)碳弧氣刨清根后埋弧焊焊接。分析原因認(rèn)為，一方面由于母材較厚，焊接冷卻速度較快。在內(nèi)側(cè)焊接時(shí)由于有角焊縫的存在，端蓋受到X、Y、Z三向拉伸應(yīng)力作用，向內(nèi)側(cè)產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)在外側(cè)埋弧焊焊接時(shí)由于輸入較大的線能量，向內(nèi)變形的端蓋在焊接應(yīng)力的作用下迅速向外側(cè)位移，產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)變，使焊縫形變超出了本身的塑性儲(chǔ)備量，是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的外因。兩方面綜合作用的結(jié)果導(dǎo)致開裂。因此，為了防止裂紋的再發(fā)生，除冶金因素控制焊縫中雜質(zhì)含量防止形成低熔共晶外，主要從工藝因素方面改善焊接時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，減少拘束應(yīng)力。2．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝改進(jìn)2．1結(jié)構(gòu)改進(jìn)原焊接結(jié)構(gòu)為T形接頭，本身在焊接時(shí)具有較大的拘束應(yīng)力，參照GB150《鋼制壓力容器》附錄J焊接結(jié)構(gòu)，為了減少焊接應(yīng)力的作用，在端蓋上沿焊縫周邊開設(shè)緩和槽。這樣焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力沿緩和槽釋放到端蓋上，不至于在內(nèi)側(cè)角焊縫的焊趾產(chǎn)生大量的應(yīng)力聚集。同時(shí)這樣的結(jié)構(gòu)形式由于內(nèi)坡口不再添加角焊縫，因此減少了焊接工作量。并對(duì)坡口尺寸進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，目的是盡量減小焊接時(shí)產(chǎn)生的端蓋向內(nèi)、外方向的變形量?？刂坪附禹樞颍捎媚M試驗(yàn)的方法（試驗(yàn)數(shù)據(jù)、坡口尺寸見表1），最終制定坡口形式如圖3。表1驗(yàn)證數(shù)據(jù)試件編號(hào)內(nèi)坡口高度內(nèi)坡口角度鈍邊焊接順序變形量（mm）122452內(nèi)滿-外滿向外6225452內(nèi)滿-外滿向外4330452內(nèi)一半-外滿--內(nèi)滿向外2435452內(nèi)一半-外滿--內(nèi)滿向內(nèi)22。2．焊接工藝改進(jìn)2．2．1原工藝方案坡口形式及焊接順序見圖2，焊接工藝參數(shù)見表2。表2原焊接工藝參數(shù)層-道焊接方法填充材料焊接電流電弧電壓（V）焊接速度（m//h）牌號(hào)直徑極性電流（A）內(nèi)1SMAWJ4274.0反接160~180022~24內(nèi)2~8SMAWJ4275.0反接200~220022~24外9SAWH08A/HJJ4315.0反接650~670034~3624~26外10SAWH08A/HJJ4315.0反接660~680036~3822~262．2．2改進(jìn)后工藝評(píng)定方案（1）焊接前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，增加預(yù)熱和控制層間溫度的措施。同時(shí)進(jìn)行焊后消除應(yīng)力的熱處理。（2）焊接工藝評(píng)定采用對(duì)接焊縫，目的為驗(yàn)證焊接接頭的使用性能是否滿足要求。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參照J(rèn)B4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》，坡口形式及焊接順序見圖4，預(yù)熱、層間溫度、熱處理溫度時(shí)間見表3，焊接工藝參數(shù)見表4，熱處理工藝見圖5，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。表3預(yù)熱、層間溫度、熱處理溫度時(shí)間表預(yù)熱溫度（℃）≥80層間溫度（℃）不低于80焊后熱處理620±20℃℃保溫4h表4工藝評(píng)定焊接工藝參數(shù)層-道焊接方法填充材料焊接電流電弧電壓（V）焊接速度（m//h）牌號(hào)直徑極性電流（A）正1SMAWJ4274.0反接160~180022~24正2~6SMAWJ4275.0反接200~220022~24反7SAWH08A/HJJ4315.0反接650~670034~3624~26反8SAWH08A/HJJ4315.0反接660~680036~3822~26表5力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)抗拉強(qiáng)度/MPPa側(cè)彎，180°°（d=4a）AKV（室溫）缺口類型缺口位置沖擊吸收功（JJ）14804件均合格V型焊縫中心95，97，992475V型熱影響區(qū)73，76，752．2．3改進(jìn)后工藝方案及質(zhì)量控制（1）改進(jìn)后坡口形式及焊接順序見圖3，預(yù)熱、層間溫度、熱處理溫度時(shí)間見表3，焊接工藝參數(shù)見表7，熱處理工藝見圖5。表6焊接工藝參數(shù)層-道焊接方法填充材料焊接電流電弧電壓（V）焊接速度（m//h）牌號(hào)直徑極性電流（A）內(nèi)1SMAWJ4274.0反接160~180022~24內(nèi)2~4SMAWJ4275.0反接200~220022~24外5SAWH08A/HJJ4315.0反接650~670034~3624~26外6SAWH08A/HJJ4315.0反接660~680036~3822~26內(nèi)7~8SMAWJ4275.0反接200~220022~24（2）應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行入廠復(fù)驗(yàn)（包括母材和焊材），以避免由于材料不合格而帶來(lái)的焊接質(zhì)量不合格。焊前所用焊條，焊劑嚴(yán)格按規(guī)定溫度烘干。（3）操作工應(yīng)在焊前進(jìn)行操作技能培訓(xùn)，并嚴(yán)格按焊接工藝卡施焊，以避免由于操作不當(dāng)而帶來(lái)的焊接缺陷影響產(chǎn)品的使用性能。（4）坡口均采用金加工形式開設(shè)，定位焊縫即采用預(yù)熱措施，并與正式焊縫同工藝。焊前及層間清理焊接區(qū)雜質(zhì)要徹底。外側(cè)碳弧氣刨清根要徹底以保證焊透，埋弧焊時(shí)盡量采用小的熱輸入，同時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度。焊條牌號(hào)J427（型號(hào)E4315），以提高抗裂性，埋弧焊焊絲鋼號(hào)H08A，焊劑HJ431。焊后進(jìn)行100%UT檢測(cè)。焊后如不能及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，應(yīng)進(jìn)行焊后380℃保溫2小時(shí)的消氫處理。（5）經(jīng)以上的工藝改進(jìn)后，焊后測(cè)量焊接變形量為2mm，同時(shí)又提高了焊接生產(chǎn)效率，焊后經(jīng)1