水泥廠球磨機結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝改善

PAGEPAGE7水泥廠球磨機結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝改進水泥廠用球磨機由于其運行環(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)作者從事球磨機生產(chǎn)經(jīng)驗，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝進行改進，有效解決了焊縫開裂現(xiàn)象。0．前言過去水泥廠球磨機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)品運行服役帶來不可靠因素，并增加檢修成本，給企業(yè)帶來停機、停產(chǎn)引起的巨大經(jīng)濟損失。為此應(yīng)對其焊接結(jié)構(gòu)及焊接工藝進行改進。1．球磨機焊縫開裂原因分析某廠2000年生產(chǎn)Ф3.0×13m高細(xì)球磨機（結(jié)構(gòu)形式見圖1），第一臺試生產(chǎn)時，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。個別裂紋貫穿整個焊縫厚度方向。且部分焊縫表面有氧化的色彩，說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)晶裂紋的形成機理，在焊逢結(jié)晶過程中，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。對母材和焊材進行化學(xué)分析時發(fā)現(xiàn)焊條含磷量偏高，焊接時形成低熔點共晶，而低熔點共晶形成的液態(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，同時在外側(cè)埋弧焊焊接時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的應(yīng)力狀態(tài)，減少拘束應(yīng)力。2．結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝改進2．1結(jié)構(gòu)改進原焊接結(jié)構(gòu)為T形接頭，本身在焊接時具有較大的拘束應(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。并對坡口尺寸進行了試驗驗證，目的是盡量減小焊接時產(chǎn)生的端蓋向內(nèi)、外方向的變形量。控制焊接順序，采用模擬試驗的方法（試驗數(shù)據(jù)、坡口尺寸見表1），最終制定坡口形式如圖3。表1驗證數(shù)據(jù)轎試件編尸號鏟內(nèi)坡口摩高度驕內(nèi)坡口躬角度敞鈍邊鏡焊接順聰序悄變形量扇（花m獲m殲）縫1奇22派45冠2露內(nèi)頑滿叔-掠外滿氧向煙外無6違2侮25獄45午2緒內(nèi)悄滿患-功外滿朱向法外攔4盲3帳30施45島2攜內(nèi)一化半貸-怨外五滿精-聰內(nèi)滿毛向蓄外叔2容4虜35活45鉆2予內(nèi)一怕半汁-規(guī)外捏滿弓-捧內(nèi)滿縫向截內(nèi)序22。2．焊接工藝改進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)牽層蜻-煉道或焊接帳方法撒填充材謊料夫焊接電棄流勉電弧電餐壓膠（券V波）魔焊接速浙度吸（旺m/撈h網(wǎng)）沫牌號易直徑擴極性晉電流魚（瓶A朱）嶼內(nèi)電1找SMA必W云J42課7糾4.0戴反接彎160撿~18都0穴22~犯24舍內(nèi)他2~8執(zhí)SMA苦W勿J42巡7化5.0雙反接隊200染~22偽0胳22~境24俊外摘9創(chuàng)SAW楚H08夢A/H驢J43跌1負(fù)5.0榆反接階650摔~67在0賄34~癢36叛24~搞26蹦外挨10愉SAW云H08辟A/H襖J43勻1太5.0干反接輪660致~68播0遭36~瘡38氏22~秩262．2．2改進后工藝評定方案（1）焊接前進行焊接工藝評定試驗，增加預(yù)熱和控制層間溫度的措施。同時進行焊后消除應(yīng)力的熱處理。（2）焊接工藝評定采用對接焊縫，目的為驗證焊接接頭的使用性能是否滿足要求。試驗標(biāo)準(zhǔn)參照J(rèn)B4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》，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)性能試驗結(jié)果見表5。表3預(yù)熱、層間溫度、熱處理溫度時間表筑預(yù)熱溫秩度民（?！嫖玻┳　萜?0吵層間溫芳度敲（更℃循）盼不低鍬于定80燈焊后熱擋處理劣620思±2口0央℃獻墳突保校溫洲4h弟表唯4近陡瘡工藝評勿定焊接刺工藝參拆數(shù)外層販-喊道急焊接浴方法庭填充材撒料煤焊接電賴流喉電弧電銅壓吳（竿V檢）欺焊接速絹度秩（傲m/飛h獵）乘牌號卡直徑星極性范電流懶（偽A朱）闊正術(shù)1震SMA封W頁J42頭7談4.0膨反接偏160銜~18煤0閑22~畝24眉正豬2~6聯(lián)SMA不W嫩J42撐7脾5.0椅反接從200羽~22等0其22~省24澆反匙7偏SAW展H08到A/H縮J43愈1秧5.0揮反接清650柱~67內(nèi)0訓(xùn)34~狐36脾24~仍26初反焰8令SAW隊H08兇A/H享J43析1氏5.0爽反接優(yōu)660坊~68壽0兵36~退38飽22~途26泡屆測仍扒拆集偶擱朋遞恭表樸5嘉思力學(xué)性蛋能試驗技結(jié)果哈序號私抗拉強死度組/MP斯a撈側(cè)彎將，辛180談°賊（供d=4葛a千）葵AK渴V怒（室溫止）糖缺口類墨型槽缺口位障置屑沖擊吸眨收功漲（竭J而）講1旋480末4貿(mào)件均合芝格瀉V字型伸焊縫中打心銜9亮5腔，頑9福7預(yù)，筍99獵2悉475客V替型扇熱影響咽區(qū)赴7偶3凍，翅7質(zhì)6朋，濤75示2娘．襲2披．漸3仇改進后幻工藝方習(xí)案及質(zhì)絹量控制助（烤1噸）改進愚后坡口司形式及航焊接順鋒序見應(yīng)圖菠3棄，預(yù)熱錄、層間腹溫度、鋤熱句處理溫歡度時間沾見王表哪3否，焊接栗工藝參插數(shù)見識表詞7目，梅熱處理耕工藝見爆圖沒5鍬。末表兩6蔥艱焊接工殃藝參數(shù)握層富-斬道讀焊接橋方法長填充材牌料瓜焊接電里流攪電弧電侵壓它（儀V峰）周焊接速傳度備（跨m/乓h漏）芳牌號爐直徑運極性叛電流軍（膜A腿）粗內(nèi)生1映SMA頁W黃J42境7徒4.0嘉反接步160粱~18欺0巾22~懶24蝦內(nèi)界2~4動SMA準(zhǔn)W型J42陶7雕5.0騰反接泉200克~22崖0寺22~收24找外取5騾SAW飼H08盜A/H錘J43膠1宏5.0飄反接再650囑~67盾0宗34~亦36楚24~蜂26告外偽6高SAW懼H08截A/H嶼J43瀉1趨5.0代反接拒660怎~68搶0依36~戀38留22~狹26輝內(nèi)凍7呼~8毅SMA泥W王J42嚇7律5.0配反接蹄200姜~22籠0辮22~繡24品（羞2委）應(yīng)對飼材料進畝行入廠珍復(fù)驗（漂包括母撕材和焊幕材），秤以避免浸由于材鍬料不合燈格而帶騾來的焊狂接質(zhì)量揪不合格扎。焊前旋所用焊云條，焊遠(yuǎn)劑嚴(yán)格忽按規(guī)定岸溫度烘浮干。樓（山3嗽）操作私工應(yīng)在推焊前進碰行操作慮技能培眼訓(xùn)，并竄嚴(yán)格按慣焊接工踏藝卡施困焊，以柱避免由優(yōu)于操作阿不當(dāng)而六帶來的煙焊接缺濕陷影響番產(chǎn)品的蕩使用性和能。隊（母4毒）坡口龜均采用堤金加工俱形式開訪設(shè)，定篇位焊縫怨即采用懸預(yù)熱措柴施，并鑰與他正式焊近縫同工例藝。焊圍前及層啦間清理嫌焊接區(qū)弦雜質(zhì)要興徹底。尺外側(cè)碳堤弧氣刨握清根要哀徹底以脈保證焊犁透，埋且弧焊時升盡量采級用小的錘熱輸入敬，同時扇嚴(yán)格控窗制層間推溫度。鎮(zhèn)焊條牌獸號住J42淺7蹤（型似號斯E43禍1禁5奸），以峰提高抗坐裂性，膜埋弧焊筍焊絲鋼脊號挪H08灰A顧，焊捕劑畫HJ4步3習(xí)1蓬。焊后襲進預(yù)行領(lǐng)100棉%U潛T做檢測。憑焊后如謹(jǐn)不能及戲時進行逮消除應(yīng)開力的熱鑼處理，勺應(yīng)進行營焊褲后泉38警0煉℃詞保硬溫戀2赤小時的汗消氫處撓理。強（盯5刮）經(jīng)以石上的工甘藝改進賢后，焊夏后測量械焊接變稈形量衛(wèi)為爽2m風(fēng)m粒，同時樣又提高副了焊接斥生產(chǎn)效孟率，焊禾后隆經(jīng)址100濃%U監(jiān)T里檢測合釘格，未筋發(fā)現(xiàn)裂慎