高炉炉壳裂纹的焊补工艺

柳 成，王宝香，张艳芳

（唐山科技职业技术学院，河北唐山063000）

高炉炉壳裂纹的焊补工艺

柳 成，王宝香，张艳芳

（唐山科技职业技术学院，河北唐山063000）

唐钢炼铁厂高炉炉壳铁口下方有一较长立缝多次开裂，分析了裂纹产生原因和现场操作特点。采用焊条电弧焊打底、CO2气体保护焊进行过渡焊和盖面层焊，选用直径φ1.2 mm的HSM307Si焊丝，以及 （Ar）98%+（O2）2%的混合保护气体，经焊接工艺评定后应用于现场操作，效果良好。

炉壳；裂纹；焊补

0 前言

唐钢炼铁厂3 200 m3高炉于2007年投产，高炉炉口标高46.50 m，设有4个铁口，铁口中心高10.78 m。高炉在使用过程中，4#铁口下方位置有一条大约2 000 mm长的立焊缝开裂，经过多次焊补，仍没有解决开裂问题，采用灌浆封堵的方法维持生产。现利用高炉大修时机彻底修复此焊缝。

1 裂纹产生原因

炉壳钢板厚度大，刚性大，焊接过程中产生的较大拘束应力没有被消除，在接头应力集中处或缺陷处易出现裂纹。高炉铁口在放铁水前后温差大，产生热应力大，导致焊接接头的塑性和韧性降低，直至产生焊缝热疲劳裂纹。

2 焊补方案的制定

炉壳原始焊接方法采用CO2气体保护焊+埋弧自动焊、双面X型坡口进行焊接，焊缝超声波探伤为合格（Ⅱ级）。开裂后采用焊条电弧焊+低氢型E5015焊条，或CO2气体保护焊+ER50-6焊丝焊补多次，仍然出现开裂现象。此次大修决定采用新的焊接方法、工艺和焊接材料进行焊补。由于炉壳焊接性能的不确定性，焊前要做焊接工艺评定试验。

2.1 现场焊接难点

炉壳板厚74 mm，一般应开X型坡口，但在检修时不可能做到，只能从炉壳外侧开单面坡口，采用单面焊双面成形的方法。目前炉壳内壁是采用液态灌浆料来封堵裂纹，虽然经过加热后可以凝固，但在焊接过程中会严重影响焊缝的背面成形，无法保证焊接质量，所以选择单面坡口、背面加衬垫的形式。为了避免焊缝再次开裂，要使用新的焊接方法和焊接材料增加焊缝的塑性和韧性。

2.2 BB503钢的焊接性分析

唐钢3 200 m3高炉的材质为BB503钢，钢板厚度74mm。BB503钢的化学成分和力学性能如表1、表2所示。

通过分析BB503钢化学成分和计算碳当量Ceq（JIS）=（C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14=0.16+ 1.36/6+0.41/24）×100%=0.404%≈0.40%，BB503钢的焊接性良好。但炉壳板厚大，刚度大，焊接接头的残余应力大，有一定的冷裂倾向[1]，因而焊前需预热，且保持层间温度。多层多道焊时，打底层要控制热输入。

2.3 焊接方法和焊接材料的选择

打底层焊接选择焊条电弧焊。由于板材的厚度大、坡口角度小，如使用CO2气体保护焊，摆动不便，不能保障单面焊双面成形，所以打底层选择焊条电弧焊。根据炉壳的化学成分和力学性能，打底层选择JS-307低氢型不锈钢焊条，该种焊条耐龟裂性和抗氧化性佳，适合焊接厚板及拘束力大的焊件。过渡层和盖面层选择CO2焊焊接电源，采用直径φ1.2 mm的HSM307Si焊丝，焊后焊缝组织为全奥氏体，含锰量高，裂纹敏感度低，抗裂性能佳，具有很高的塑性。保护气体选用（Ar）98%+（O2）2%的混合气体，以增加电弧稳定性，减少飞溅、气孔和咬边，提高焊接接头质量。JS-307焊条和HSM307Si焊丝的化学成分及力学性能如表3、表4所示。

2.4 试件制作

为了验证焊接工艺的可行性，进行了以下模拟试验[2]。

将一块规格为1 200 mm×1 200 mm×80 mm的低碳钢板中间开320 mm×470 mm的窗口，将两块500 mm×180 mm×74 mm的BB503钢板用碳弧气刨开U型坡口，坡口角度50°，根部半径10 mm，如图1所示，组对后进行固定焊（见图2），然后呈立缝位置固定低碳钢板。

焊接工艺参数如表5所示。

焊前预热，使用电加热片加热到150℃～200℃。将衬垫固定在BB503钢板背面，采用多层多道焊，打底焊使用焊条电弧焊，焊前焊条350℃～400℃烘干1～2 h后保温桶保温，随用随取，焊后彻底清渣。使用CO2焊焊接铺底过渡层、过渡层和盖面层，焊接顺序如图3所示。为减小焊接应力和变形，焊接过程中道间温度不得高于200℃，CO2焊采用直流正接。

焊接完成，焊缝冷却24 h后进行超声波检测，符合JB/T4730-2005中Ⅱ级标准要求。对焊接接头进行力学性能试验（GB/T232-1999、GB/T228-2002），试验结果如表6所示。

对焊缝进行金相分析，其组织为奥氏体，且组织均匀。试样经王水溶液腐蚀后，检验低倍组织结果显示焊接区无未熔合、裂纹缺陷，符合JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》中的要求。

2.5 炉壳现场焊补

（1）用碳弧气刨将裂纹清除干净，按模拟试验坡口角度开坡口，用角磨机和专业棒砂轮打磨坡口，直至露出金属光泽，并做着色检验，确认无裂纹后，再进行下一工序，炉壳坡口形状如图4所示。将衬垫垫在炉壳里侧。

（2）预热。现场炉壳温度约为50℃，用电加热片加热到150℃～200℃进行预热。

（3）先采用焊条电弧焊焊接打底层，然后使用CO2焊焊接铺底过渡层、填充层和盖面层。焊补后焊缝表面如图5所示。

（4）严格按照试验评定合格的工艺参数进行焊接，铺底过渡层要保证焊缝与母材熔合良好。

3 结论

炉壳焊补后焊缝经超声波检测和表面着色检验，未发现裂纹和其他缺陷，投入使用一年多，未见焊补处出现开裂现象。通过此次焊补验证了使用CO2焊焊接电源、氩气+氧气混合气体和不锈钢焊接材料焊接大厚度合金钢高炉炉壳是可行的，焊接效果较好。

[1]卢立香，许立新，阎增兴.特大型高炉炉壳专业钢BB503现场焊接工艺[J].焊接技术，2005，34（1）：27-29.

[2]全国压力容器标准化技术委员会.钢制压力容器焊接工艺评定[S].北京：机械工业出版社，2000.

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Welding repair of blast furnace shell

LIU Cheng，WANG Bao-xiang，ZHANG Yan-fang
（Tangshan Vocational College of Science and Technologe，Tangshan 063000，China）

In the Tangshan Iron and steel ironworks，a blast furnace shell iron mouth has a long standing seam repeated crack.This paper analyses the cause of the crack and the characteristics of field operation，adopts SMAW as backing welding，CO2gas shielded arc welding as layer and cosmetic welding，selects the diameter 1.2 mm HSM307Si wire，and（Ar）98%+（O2）mixed shielding gas 2%.The evaluation of welding process applied to the operation site good effect.

blast furmace shell;crack;welding repair

TG455

：B

：1001-2303（2014）02-0091-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.22

2012-08-28

柳 成（1971—），男，河北唐山人，副教授，学士，主要从事金属焊接材料与工艺的研究工作。