转炉壳体振动时效工艺应用

某炼钢厂有180t转炉，炉体壳高9.94m，壁厚70mm，直径7.5m，材质为16MnD，炉壳体分四段运往现场进行组装焊接，共三条横焊缝。本次焊接采用了焊前不预热连续施焊法，并采用振动时效工艺取代热时效消除焊接残余应力。对振前振后进行盲孔法残余应力测量，分析对比残余应力数值，验证振动时效工艺的有效性。

实验结果及分析

对于70mm壁厚的16MnD炉壳体能否不预热直接焊接，进行了各种实验并对实验结果进行分析。

16MnD钢的合金元素较少，焊接性能较好，尽管壁厚较大，但采用小截面焊道（横焊），多层多道焊，仍会显著改善焊缝金属的韧性，因为这样可以减少线能量，同时又由于各层焊道之间的相互影响会产生再结晶细化晶粒效果。连续施焊是确保焊缝不发生裂纹的重要途径之一。钢板越厚，其散失热量越慢，持续的层间温度降低了温度梯度，延缓了接头的冷却速度，因而不会使焊缝出现裂纹。

炉壳焊前准备

1.组对就位前，坡口两侧及内外80-100mm范围外必须将油、污等彻底清除，采用角向磨光机打磨，使之露出金属光泽。

2.由于是横焊缝，施焊时间长，如平台设置过高或过低会严重影响焊接操作，因此操作平台设置高度为1.6m左右为宜，且必须安全可靠。

3.采用门形卡固定炉壳体，其间距为每米一个并焊好（24个）。采用6mm钢板垫在上下炉壳体之间，以形成4-5mm间隙，确保焊透。垫板待门形卡焊完固定了炉壳体之后，正式焊接前采用气割去掉。

4.采用多层多道焊（约30层134道）。

炉体振动时效处理

本次实验采用聚航科技生产的JH-600A液晶交流振动时效设备，对炉体进行分段处理和总处理的二次处理法。第一步，对炉体上锥段与下壳体进行振动处理；第二步，对整体炉壳体进行振动处理。为了保证处理效果，不论分段处理还是整体处理，均采用多频激振，并保证激振时间都在25min以上。

采用盲孔法对振前、振后进行残余应力测试，分析研究其残余应力变化。分段处理时对上锥段和下壳体分别测试了12点（振前振后各6点）。在整体处理时，在上锥段和下壳体最后焊缝上测试10点（振前振后各5点），经残余应力测试系统软件计算出残余应力数值。

结论

1.对于材质16MnD，壁厚70mm的转炉壳的焊接，只要焊接工艺措施得当，焊前不需要预热，焊后不会出现裂纹。

2.分段处理后，上锥段消除率为52.2%、下壳体消除率为43.9%；总体处理的最后环焊缝消除率为41.6%，均超过国家标准的规定，说明该振动处理符合要求。

3.分段处理及总体处理时，残余应力测点均选在向焊缝上。由数据可知，垂直焊缝方向的应力σ₂的消除率大于横向焊缝方向应力σ₁的消除力，这将有利于防止或减少横向焊缝的裂纹发生并可提高转炉的使用寿命。

4.振动时效工艺不仅缩短了工期、降低了成本，而且确保了焊缝质量。实验证明振动时效工艺可取代热处理消除焊接残余应力。