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某煉鋼廠有180t轉(zhuǎn)爐，爐體殼高9.94m，壁厚70mm，直徑7.5m，材質(zhì)為16MnD，爐殼體分四段運(yùn)往現(xiàn)場進(jìn)行組裝焊接，共三條橫焊縫。本次焊接采用了焊前不預(yù)熱連續(xù)施焊法，并采用振動時(shí)效工藝取代熱時(shí)效消除焊接殘余應(yīng)力。對振前振后進(jìn)行盲孔法殘余應(yīng)力測量，分析對比殘余應(yīng)力數(shù)值，驗(yàn)證振動時(shí)效工藝的有效性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對于70mm壁厚的16MnD爐殼體能否不預(yù)熱直接焊接，進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

16MnD鋼的合金元素較少，焊接性能較好，盡管壁厚較大，但采用小截面焊道（橫焊），多層多道焊，仍會顯著改善焊縫金屬的韌性，因?yàn)檫@樣可以減少線能量，同時(shí)又由于各層焊道之間的相互影響會產(chǎn)生再結(jié)晶細(xì)化晶粒效果。連續(xù)施焊是確保焊縫不發(fā)生裂紋的重要途徑之一。鋼板越厚，其散失熱量越慢，持續(xù)的層間溫度降低了溫度梯度，延緩了接頭的冷卻速度，因而不會使焊縫出現(xiàn)裂紋。

爐殼焊前準(zhǔn)備

1.組對就位前，坡口兩側(cè)及內(nèi)外80-100mm范圍外必須將油、污等*清除，采用角向磨光機(jī)打磨，使之露出金屬光澤。

2.由于是橫焊縫，施焊時(shí)間長，如平臺設(shè)置過高或過低會嚴(yán)重影響焊接操作，因此操作平臺設(shè)置高度為1.6m左右為宜，且必須安全可靠。

3.采用門形卡固定爐殼體，其間距為每米一個(gè)并焊好（24個(gè)）。采用6mm鋼板墊在上下爐殼體之間，以形成4-5mm間隙，確保焊透。墊板待門形卡焊完固定了爐殼體之后，正式焊接前采用氣割去掉。

4.采用多層多道焊（約30層134道）。

爐體振動時(shí)效處理

本次實(shí)驗(yàn)采用聚航科技生產(chǎn)的JH-600A液晶交流振動時(shí)效設(shè)備，對爐體進(jìn)行分段處理和總處理的二次處理法。*一步，對爐體上錐段與下殼體進(jìn)行振動處理；第二步，對整體爐殼體進(jìn)行振動處理。為了保證處理效果，不論分段處理還是整體處理，均采用多頻激振，并保證激振時(shí)間都在25min以上。

采用盲孔法對振前、振后進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，分析研究其殘余應(yīng)力變化。分段處理時(shí)對上錐段和下殼體分別測試了12點(diǎn)（振前振后各6點(diǎn)）。在整體處理時(shí)，在上錐段和下殼體最后焊縫上測試10點(diǎn)（振前振后各5點(diǎn)），經(jīng)殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)軟件計(jì)算出殘余應(yīng)力數(shù)值。

結(jié)論

1.對于材質(zhì)16MnD，壁厚70mm的轉(zhuǎn)爐殼的焊接，只要焊接工藝措施得當(dāng)，焊前不需要預(yù)熱，焊后不會出現(xiàn)裂紋。

2.分段處理后，上錐段消除率為52.2%、下殼體消除率為43.9%；總體處理的最后環(huán)焊縫消除率為41.6%，均超過國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，說明該振動處理符合要求。

3.分段處理及總體處理時(shí)，殘余應(yīng)力測點(diǎn)均選在向焊縫上。由數(shù)據(jù)可知，垂直焊縫方向的應(yīng)力σ₂的消除率大于橫向焊縫方向應(yīng)力σ₁的消除力，這將有利于防止或減少橫向焊縫的裂紋發(fā)生并可提高轉(zhuǎn)爐的使用壽命。

4.振動時(shí)效工藝不僅縮短了工期、降低了成本，而且確保了焊縫質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)證明振動時(shí)效工藝可取代熱處理消除焊接殘余應(yīng)力。