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摘 要：本文介紹了武钢第二炼钢厂转炉把持器技术改造在托圈表面上焊接的销轴座夹持块及焊在炉体上的导向块组成，制定销轴座的焊接工艺，分析了销轴座焊接缺陷的原因，而后有针对性地提出了相应的控制及消除方法，确保销轴座的焊接质量，达到了改造目标，在科学改革与完善的情况下，使用先进的工作方式对其进行处理，满足当前的时代发展需求。
关键词：T型厚板焊接 焊接工艺 焊接变形控制
中图分类号：TU758 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0064-02
武钢二炼钢厂90t转炉把持器经改造后为球面可调及导向夹持块部件的新型结构。把持器是夹持转炉倾翻的关键构件，它负载重（转炉自重320t，钢水钢渣95t，炉口结渣30t），工作温度高，构件的板厚大，在装焊过程中有较大的难度。
把持器分别由焊接在托圈表面的销轴座夹持块及焊接在炉体上的导向块组成。其中销轴座及夹持块需要在现场施焊，焊接质量要求高，特别是销轴座在满足焊接质量要求外，还必须保证焊后其相对的形位尺寸，每对销轴座（φ200mm）孔的同轴度公差为0.4mm。把持器的焊接难度大，在此我们仅对销轴座的焊接工艺做以下探讨。
1 销轴座的焊缝型式及特点
销轴座焊缝的特点是，钢板厚度大，焊缝的坡口角度小，焊缝的横截面积大。
由于以上几个特点及销轴座装焊的要求，构成了销轴座焊接的难点。如工件的形位公差难以保证，容易产生焊接裂纹，焊缝内部易出现未焊透及夹渣，产生诸多缺陷及问题，原因分析如下。
（1）形位公差尺寸不符合要求，由以下几个原因造成：①装配尺寸不符及装焊顺序不对；②装配间隙过大；③由于焊接加热产生的焊接应力引起变形（一是焊接顺序不当；二是焊接线能量控制不好）。
（2）焊接裂纹产生的原因：①焊接时工件的温差过大，层向温度控制不好；②焊缝的冷却速度太快；③焊条未烘干或焊缝区域清理不干净，留有锈斑及其他杂质，产生氢裂纹；④焊工焊接操作时起焊点及弧坑处理不好而产生裂纹。
（3）焊缝中产生未焊透与夹渣的原因：①坡口角度小，板厚大，坡口太深；②由于坡口太深，无法对焊根进行彻底清理；③多层多道焊时层间清渣不彻底；④焊接电流过小。
2 焊接工艺参数及措施
根据以上分析的各种因素及施工技术要求，我们特制订如下的焊接工艺及焊接措施，以满足焊接的要求；
2.1 工艺参数
（1）焊条选用E5015，前三层采用φ3.2mm，双面各焊15～20mm厚再采用φ4.0mm焊条进行填充（多层多道焊）；（2）焊条焊前需经350℃烘干，保温2h，随用随取；（3）焊缝的第一道第一层应采取单面焊双面成形的焊接方法，并保证背面熔透1～2mm，因此，φ3.2mm焊条采用的焊接电流和φ4.0mm焊条采用的焊接电流如表1所示。（4）焊前须将焊缝区域下方的托圈表面进行局部预热，预热温度为100℃～150℃；（5）层间温度控制在150℃～200℃左右，不得超过300℃；（6）坡口间隙2～3mm，顿边为1～2mm.
2.2 工艺措施
（1）销轴座部位的焊接顺序：：①销轴孔板与托圈；②筋板与托圈；③筋板与销轴孔板；④侧板与托圈；⑤侧板与销轴座。所有筋板焊缝的走向均为由封闭端走向自由端。
（2）为了减少焊接变形，要尽可能采用对称焊接方法。
（3）所有双面焊缝均要求双面同时或交替进行焊接；
（4）为了保证两个销轴孔的同轴度要求，应在销轴穿入孔中心的条件下，同时进行两个销轴座的焊接，焊接过程中，随时检查销轴是否能自由滑动及转动，如发现有卡滞现象，应立即采取纠正措施。
（5）多层焊时，逐层中间清渣要彻底.
（6）起焊时，要作长时间的稳弧，以保证起焊点或接头始焊部位熔合充分，收弧时必须将弧坑填满，以防产生开口裂纹及冷缩气孔。
（7）焊后对焊缝区域作局部的低温回火，回火温度为250℃，加热范围为焊件厚度的4倍，保温时间为2h，冷却速度不要超过50℃/h，冷却到100℃后方可去除保温措施。
3 销轴座焊缝各种缺陷的原因及控制方法
3.1 角变形
3.1.1 角变形的原因
（1）销轴座装配误差。
（2）焊接工艺，单侧焊，两侧受热不均匀。
（3）托圈变形，托圈焊接变形或局部回火变形。
3.1.2 控制方法
（1）参照图纸处理托圈盖板，打磨找平保证销轴座的平行度和同轴度。
（2）刚性固定。加工3根与原轴外直径相同的假轴，（δ=20mm，φ=200mm，l=900mm）横穿销轴座间，在销轴座上面两侧加支撑固定焊牢，在施焊工程中一定要得保证假轴的灵活。
（3）焊接工艺，托圈上表面6块3组销轴座和6块3组夹持块，由12人同时焊接，每对焊工对每组焊件交替对称焊接，减少托圈变形，对每个销轴座两人对称同时从销轴座中间向两侧同时施焊，减少单侧焊角变形。
3.2 层状撕裂
3.2.1 原因
（1）盖板中存在层状夹渣物。
（2）盖板厚度方向产生较大应力。
（3）冷裂纹诱发，在焊接热影响，焊趾或焊根的冷裂纹诱发层状撕裂。
3.2.2 控制方法
（1）焊接材料采用低氢型（E5015）焊条，焊条烘干温度350℃保温2h并储存干燥箱内随用随取，超过4h，必须烘干。
（2）焊件焊前焊缝周围打磨光滑，光滑区为焊区的1.5倍，焊件焊前或中途停止，应预热，预热温度为100℃～150℃。
（3）轴销座坡口深，氢不能完全逸出，焊后工件加热250℃～350℃恒温2h，让氢充从焊缝中逸出，加热范围是在焊缝两侧距离为240～300mm。
3.3 未焊透及夹渣
3.3.1 原因
破口角度小，深度大，施焊不便，不好清根。
3.3.2 控制方法
（1）轴销座定位间隙0.2mm，定位电流高出正常电流20%，定位焊应在工件两端点焊前焊件预热，一次点焊成型。
（2）第一道焊条与托圈表面夹角大于15°，两人焊接熔池前后相差20～30mm，保证打底成型良好；
（3）多层多道焊，焊速两人要均匀，每道焊缝与破口上侧要有足够的夹角，防止熔合不良，每层焊完，用气动风铲彻底清除焊渣及焊瘤，每层起弧点交错排列[1]。
4 实施效果
在焊接销轴座过程中，焊工严格按照工艺方法进行施焊，有效地控制焊件的形位公差，误差仅在±0.2以内[2]。
焊接质量经探伤检验，均为Ⅰ级，满足了设计要求。
武钢第二炼钢厂1#、2#、3#转炉把持器改造工程均一次试车成功，受到机电部及二炼钢厂的好评[3]。
5 改进意见
消除焊缝及工件的残余应力的工序，可考虑改为超声波仪器振动减应力法，由于工件太大，用整体或局部高温回火均有可能产生二次应变对构件没有好处，采用超声波仪器振动减应法，方法简单，时间短，有利于构件制作及使用。
参考文献
[1] 石家庄钢铁有限责任公司.一种可以防止轴向窜动的吊挂销轴：中国，CN201621315990.9[P].2017-05-31.
[2] 江阴兴澄特种钢铁有限公司.一种适用于转炉LT静电除尘器刮灰器刮灰机的轴承：中国，CN201621207745.6[P].2017-05-03.
[3] 中冶南方工程技术有限公司.一种大型转炉五连杆悬挂装置的拼装焊接方法：中国，CN201610197652.8[P].2016-06-29.
关键词：T型厚板焊接 焊接工艺 焊接变形控制
中图分类号：TU758 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0064-02
武钢二炼钢厂90t转炉把持器经改造后为球面可调及导向夹持块部件的新型结构。把持器是夹持转炉倾翻的关键构件，它负载重（转炉自重320t，钢水钢渣95t，炉口结渣30t），工作温度高，构件的板厚大，在装焊过程中有较大的难度。
把持器分别由焊接在托圈表面的销轴座夹持块及焊接在炉体上的导向块组成。其中销轴座及夹持块需要在现场施焊，焊接质量要求高，特别是销轴座在满足焊接质量要求外，还必须保证焊后其相对的形位尺寸，每对销轴座（φ200mm）孔的同轴度公差为0.4mm。把持器的焊接难度大，在此我们仅对销轴座的焊接工艺做以下探讨。
1 销轴座的焊缝型式及特点
销轴座焊缝的特点是，钢板厚度大，焊缝的坡口角度小，焊缝的横截面积大。
由于以上几个特点及销轴座装焊的要求，构成了销轴座焊接的难点。如工件的形位公差难以保证，容易产生焊接裂纹，焊缝内部易出现未焊透及夹渣，产生诸多缺陷及问题，原因分析如下。
（1）形位公差尺寸不符合要求，由以下几个原因造成：①装配尺寸不符及装焊顺序不对；②装配间隙过大；③由于焊接加热产生的焊接应力引起变形（一是焊接顺序不当；二是焊接线能量控制不好）。
（2）焊接裂纹产生的原因：①焊接时工件的温差过大，层向温度控制不好；②焊缝的冷却速度太快；③焊条未烘干或焊缝区域清理不干净，留有锈斑及其他杂质，产生氢裂纹；④焊工焊接操作时起焊点及弧坑处理不好而产生裂纹。
（3）焊缝中产生未焊透与夹渣的原因：①坡口角度小，板厚大，坡口太深；②由于坡口太深，无法对焊根进行彻底清理；③多层多道焊时层间清渣不彻底；④焊接电流过小。
2 焊接工艺参数及措施
根据以上分析的各种因素及施工技术要求，我们特制订如下的焊接工艺及焊接措施，以满足焊接的要求；
2.1 工艺参数
（1）焊条选用E5015，前三层采用φ3.2mm，双面各焊15～20mm厚再采用φ4.0mm焊条进行填充（多层多道焊）；（2）焊条焊前需经350℃烘干，保温2h，随用随取；（3）焊缝的第一道第一层应采取单面焊双面成形的焊接方法，并保证背面熔透1～2mm，因此，φ3.2mm焊条采用的焊接电流和φ4.0mm焊条采用的焊接电流如表1所示。（4）焊前须将焊缝区域下方的托圈表面进行局部预热，预热温度为100℃～150℃；（5）层间温度控制在150℃～200℃左右，不得超过300℃；（6）坡口间隙2～3mm，顿边为1～2mm.
2.2 工艺措施
（1）销轴座部位的焊接顺序：：①销轴孔板与托圈；②筋板与托圈；③筋板与销轴孔板；④侧板与托圈；⑤侧板与销轴座。所有筋板焊缝的走向均为由封闭端走向自由端。
（2）为了减少焊接变形，要尽可能采用对称焊接方法。
（3）所有双面焊缝均要求双面同时或交替进行焊接；
（4）为了保证两个销轴孔的同轴度要求，应在销轴穿入孔中心的条件下，同时进行两个销轴座的焊接，焊接过程中，随时检查销轴是否能自由滑动及转动，如发现有卡滞现象，应立即采取纠正措施。
（5）多层焊时，逐层中间清渣要彻底.
（6）起焊时，要作长时间的稳弧，以保证起焊点或接头始焊部位熔合充分，收弧时必须将弧坑填满，以防产生开口裂纹及冷缩气孔。
（7）焊后对焊缝区域作局部的低温回火，回火温度为250℃，加热范围为焊件厚度的4倍，保温时间为2h，冷却速度不要超过50℃/h，冷却到100℃后方可去除保温措施。
3 销轴座焊缝各种缺陷的原因及控制方法
3.1 角变形
3.1.1 角变形的原因
（1）销轴座装配误差。
（2）焊接工艺，单侧焊，两侧受热不均匀。
（3）托圈变形，托圈焊接变形或局部回火变形。
3.1.2 控制方法
（1）参照图纸处理托圈盖板，打磨找平保证销轴座的平行度和同轴度。
（2）刚性固定。加工3根与原轴外直径相同的假轴，（δ=20mm，φ=200mm，l=900mm）横穿销轴座间，在销轴座上面两侧加支撑固定焊牢，在施焊工程中一定要得保证假轴的灵活。
（3）焊接工艺，托圈上表面6块3组销轴座和6块3组夹持块，由12人同时焊接，每对焊工对每组焊件交替对称焊接，减少托圈变形，对每个销轴座两人对称同时从销轴座中间向两侧同时施焊，减少单侧焊角变形。
3.2 层状撕裂
3.2.1 原因
（1）盖板中存在层状夹渣物。
（2）盖板厚度方向产生较大应力。
（3）冷裂纹诱发，在焊接热影响，焊趾或焊根的冷裂纹诱发层状撕裂。
3.2.2 控制方法
（1）焊接材料采用低氢型（E5015）焊条，焊条烘干温度350℃保温2h并储存干燥箱内随用随取，超过4h，必须烘干。
（2）焊件焊前焊缝周围打磨光滑，光滑区为焊区的1.5倍，焊件焊前或中途停止，应预热，预热温度为100℃～150℃。
（3）轴销座坡口深，氢不能完全逸出，焊后工件加热250℃～350℃恒温2h，让氢充从焊缝中逸出，加热范围是在焊缝两侧距离为240～300mm。
3.3 未焊透及夹渣
3.3.1 原因
破口角度小，深度大，施焊不便，不好清根。
3.3.2 控制方法
（1）轴销座定位间隙0.2mm，定位电流高出正常电流20%，定位焊应在工件两端点焊前焊件预热，一次点焊成型。
（2）第一道焊条与托圈表面夹角大于15°，两人焊接熔池前后相差20～30mm，保证打底成型良好；
（3）多层多道焊，焊速两人要均匀，每道焊缝与破口上侧要有足够的夹角，防止熔合不良，每层焊完，用气动风铲彻底清除焊渣及焊瘤，每层起弧点交错排列[1]。
4 实施效果
在焊接销轴座过程中，焊工严格按照工艺方法进行施焊，有效地控制焊件的形位公差，误差仅在±0.2以内[2]。
焊接质量经探伤检验，均为Ⅰ级，满足了设计要求。
武钢第二炼钢厂1#、2#、3#转炉把持器改造工程均一次试车成功，受到机电部及二炼钢厂的好评[3]。
5 改进意见
消除焊缝及工件的残余应力的工序，可考虑改为超声波仪器振动减应力法，由于工件太大，用整体或局部高温回火均有可能产生二次应变对构件没有好处，采用超声波仪器振动减应法，方法简单，时间短，有利于构件制作及使用。
参考文献
[1] 石家庄钢铁有限责任公司.一种可以防止轴向窜动的吊挂销轴：中国，CN201621315990.9[P].2017-05-31.
[2] 江阴兴澄特种钢铁有限公司.一种适用于转炉LT静电除尘器刮灰器刮灰机的轴承：中国，CN201621207745.6[P].2017-05-03.
[3] 中冶南方工程技术有限公司.一种大型转炉五连杆悬挂装置的拼装焊接方法：中国，CN201610197652.8[P].2016-06-29.