回转窑筒体焊接质量控制技术

晏旅军,黄晓燕

(中国五冶集团机电分公司，四川成都610066)

1 概况及特点

某钢厂120万吨/年氧化球团工程回转窑，筒体长33m，直径5m，筒体材质Q245R，自身重量 192.8t，分4段运至安装现场，各段筒体长度分别为：7.08m、8.42m、8.5m、9m。尺寸大，重量重。

回转窑组合安装在标高15.22m的基座上，就位、对接、焊接及调校都在高空进行。

回转窑筒体壁厚34mm，其环焊缝3道，每道焊缝长度15.7m，每道焊接7层，焊缝总长度共计47m，焊接工作量大。

2 焊接施工要求及难点

2.1 焊接后几何尺寸质量主要要求

(1)筒体窑头、焊缝处、窑尾的径向位移偏差不大于3.6mm。

(2)Ⅰ、Ⅱ挡托圈径向跳动不大于2mm，端面跳动不大于3mm。

(3)齿圈径向跳动不大于1.5mm，端面跳动不大于1mm。

(4)Ⅰ挡托圈中心线至窑头端面距离允许偏差±2mm。

(5)Ⅱ挡托圈中心线至窑尾端面距离允许偏差：±2mm。

(6)筒体安装总长度偏差±10mm。

2.2 难点

(1)回转窑筒体外型大，自身重，分段运输到现场，需要现场进行组对焊接，在高空组对、打磨、焊接和调校焊口的难度非常大。

(2)由于筒体外壳钢板厚，焊缝均为环焊缝，焊接收缩变形量大且不易控制，在几何尺寸要求较高的情况下，采取焊接工艺及焊前预热、焊后热处理工艺，控制和预留变形量，满足部位尺寸偏差及径向位移等技术指标要求，使其误差值在允许范围内是一个关键的问题。

(3)为了保证焊接质量，必须通过转动筒体来实现最佳焊接位置。由于在筒体各节焊接时，驱动装置尚未安装完毕，故要考虑采用临时装置来转动筒体，以获得最佳焊接工位保证焊接质量。

3 准备工作

(1)在环焊缝位置附近用脚手架或型钢搭设临时支撑架，架顶放置临时支撑辊，使筒体可以在其上滚动。在地面上设置卷扬机，钢丝绳缠绕回转窑筒体，需要时启动卷扬机转动筒体，实现筒体位置转换，方便焊接和检测调校。

(2)回转窑筒体共有3条环焊缝，每条环焊缝长约15.7m，需焊7层。焊接工作量大，焊接需时长。由于焊接作业均在室外高空，均为露天作业，故需要在焊接部位搭设防风大棚。

(3)焊接工机具的好坏及是否配套，直接影响到焊接工效和焊缝的质量，为确保焊缝质量，必须配备以下专用设备和工具：气体保护焊机PANA-AUTO、KTY600-11;碳弧气刨;空气压缩机;钢丝刷、角向磨光机、对讲机。

(4)根据对称焊接的工艺要求，外环缝焊接应在两侧立焊(3点和9点)位置分别搭设一个焊接操作平台，内环焊缝焊接应制作专门的脚凳，并应有防触电措施。

(5)焊接前应做焊接试件，进行工艺评定，以合格的工艺评定报告为基础制定焊接工艺指导书，经技术交底后方可进行正式的焊接作业。上岗施焊的焊工应持相应焊接位置的合格证书。

4 焊接工艺

4.1 焊接工艺参数

(1)坡口形式：筒体环缝坡口形式一般为不对称X形坡

图1 环缝坡口示意

口(图1)，坡口角度为60°偏差不大于±5°，间隙=2mm±1mm，偏差不大于0.5mm，错边量不得大于2mm。坡口形成尺寸见图(板厚为34mm)：

(2)主要参数选择见表1。

表1 主要焊接参数

4.2 焊前操作要点

(1)焊前应检查筒体的同轴度，筒体窑头、焊缝处、窑尾的径向位移偏差不大于3.6mm;Ⅰ、Ⅱ挡托圈径向跳动不大于2mm，端面跳动不大于3mm；齿圈径向跳动不大于1.5mm，端面跳动不大于1mm。筒体全长允许偏差小于10mm，检查合格后方可进行焊接。

(2)将坡口表面飞边、毛刺、油迹、铁锈等污物清除干净，坡口内外50mm范围内用角向磨光机打磨出金属光泽。

(3)焊前需用火焰加热方式对焊口及周边进行预热。

(4)由于筒体在焊接后的收缩(每个对接处的收缩)，为保证焊后长度符合设计要求，在对接焊缝处适当加些扁钢固定，调整好轴向间隙和径向尺寸。

(5)筒体确定了对接截面的接口方位，在对接前对准接口方位，焊上对拉螺栓，并在接缝内放入扁钢垫，且点焊牢固。

(6)筒体对接找正后即可点焊，点焊采用的焊材必须与正式焊相同，点焊不得有咬肉及夹渣现象，每处点焊长度为150～250mm，焊缝高度为5mm。

4.3 焊接工艺要求

(1)焊接顺序。所有环缝均先焊外侧、后焊内侧，焊接顺序必须从窑的一端向另一端按接口顺序进行，不得中间跳开接口进行焊接。

(2)施焊位置。为了减少焊接变形，内外侧焊缝应在立焊位置对称焊接，见图2。

图2 筒体施焊位置示意

(3)筒体施焊前，应在内外沿周长按图2划出12等分标记，施焊长度严格按标记进行。

(4)每条焊缝由2名焊工在图1中1号位置同时施焊，1号位置打底层完成后，采用卷扬机转动筒体，将筒体按顺时针方向旋转，将2号位置转至3点及9点位置再进行焊接。依此类推按编号顺序完成其余编号位置的各层焊接。

(5)焊接分多层焊接，焊缝分层及顺序见图3。第一层采用浅层焊接(约4mm)，第二层均采用稍深层焊缝焊接(约6mm)，焊缝各层间的起、熄弧点不得重叠。

图3 环缝焊接层次及顺序示意

(6)外侧盖面层前一层焊缝应控制在距离窑体外表面1～1.5mm，最高不得大于2.5mm，焊缝层间清理采用角向磨光机打磨。

(7)内口清根。当外口焊接完毕后，要对窑筒体中心线进行一次复查，确认无误后就可以将窑内的支撑对接螺栓、对接板等全部割除，进行清根工作。清根工作采用直径8mm及10mm碳棒气刨，宽度10～15mm。深度切至新焊肉为止。

(8)内口焊接。内坡口较小，一般焊二层，焊接方法与外口相同。但是，焊缝高度在回转窑烧成带处不得大于0.5mm,其它区段不得大于1.5mm，焊缝最低点不得低于筒体表面且应饱满。

(9)焊接时，周围环境温度控制在15℃～30℃之内为宜。

(10)焊接操作控制技巧：

物理改良具有工艺简单，检测方便，因地适宜，而且有利于当地雨季施工。当地雨季虽降雨频繁，但日降雨量小，持续时间短，故雨季施工影响不大。混合后的填料塑性指低，即使淋雨也能在很短时间内晾干，适合雨季施工的特点，该法在前期解决了20×104m3的填方施工。

混合后可按砾石土的工艺施工，避免砂性土单独填筑时必须增加包边土的工艺和额外投入。

5.2 离析控制

在平地机进行精确平整过程中，由于重力的影响，会产生离析现象。平地机在平整过程中，粗颗粒极易汇集在一起，形成“集料窝”。因此摊铺时必须采用网格挂线施工，一车料基本可以堆满一格，这样可以解决“集料窝”的问题，同时采用机械配合人工辅助，对局部“集料窝”地段进行人工清除和补细料拌合，平整碾压。

5.3 最佳含水率控制

施工前需对混合料进行试验，确定施工中的最佳含水量。最佳含水率的控制分别在闷料过程和混合料充分混合和平整中进行控制。通过在取土场闷水使砂性土充分侵润，在拌合和整平过程中，再次洒水使混合料达到最佳含水率，对于过湿的混合料，要加强翻拌和晾晒，待含水率合格后再进行碾压。进行下一层施工前，对已完的面层应洒水保持湿润，确保层间结合紧密。

[1]ASTMdesignationD3282-09[S]

[2]TB10001-2005 铁路路基设计规范[S]

[3] 王艳. 砂性土作高速公路路基应力与应变分析[M]. 北京：中国铁道出版社，1995