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工程機(jī)械用矩形管焊接工藝

2016-03-14 11:09:00
路橋集團(tuán)柳州筑路機(jī)械廠 李馳
原創(chuàng)
8598
摘要：工程機(jī)械采用大量矩形管鋼結(jié)構(gòu)件。進(jìn)口機(jī)一般選用軋制型的矩形管材，我國鋼材市場只供應(yīng)工字鋼、槽鋼、角鋼等型材，很難買到矩形管，特別是大截面尺寸的矩形管。我廠在研制HTH5000型水泥混凝土滑模攤鋪機(jī)時(shí)，摸索出一套制造矩形管的經(jīng)驗(yàn)。
工程機(jī)械采用大量矩形管鋼結(jié)構(gòu)件。進(jìn)口機(jī)一般選用軋制型的矩形管材，我國鋼材市場只供應(yīng)工字鋼、槽鋼、角鋼等型材，很難買到矩形管，特別是大截面尺寸的矩形管。我廠在研制HTH5000型水泥混凝土滑模攤鋪機(jī)時(shí)，摸索出一套制造矩形管的經(jīng)驗(yàn)。 

1 矩形管制造方案的確定 

矩形梁是攤鋪機(jī)機(jī)架的主要構(gòu)件，其強(qiáng)度，剛度等機(jī)械性能都要求較高。圖1是HTH5000型攤鋪機(jī)機(jī)架使用的收縮梁我眨截面，長1932mm，材質(zhì)為16Mn。與之配套的內(nèi)管截面尺寸為310×206mm，長2432mm。由于內(nèi)管需在外管中自由伸縮，且設(shè)計(jì)要求內(nèi)外管的彎曲，扭曲及平行度等偏差不大于1.2mm，制作技術(shù)難度較大。為此，通過調(diào)查研究，最終確定采用對稱兩半折彎成槽形半殼，然后再焊接成型 的制造工藝。對稱的兩根槽形半梁用大型折彎壓制成型，按工藝要求加工對接焊坡口，預(yù)留間隙拼接，采用CO2氣體保護(hù)焊接施焊。 

2 焊接工藝 

2.1 控制焊接變形 

方形焊接構(gòu)件大長焊縫大截面熔敷必然造成較大的焊接變形，必須設(shè)法預(yù)防。 

主要的變形形式是：橫向收縮變形，使矩形斷面尺寸受到影響，每邊約需縮進(jìn)預(yù)留間隙90%左右；焊縫橫向收縮后，豎板兩端向內(nèi)彎曲，使構(gòu)件形成腰鼓狀；由于焊縫斷面大，輸入熱量多，必然引起較大的縱向電收縮，使構(gòu)件在長度方向形成撓曲變形；不合理焊接造成的扭曲變形。矯正十分因難，有時(shí)不得不害開重焊或造面整件報(bào)廢。即使變形得到糾正，也增加了構(gòu)件的附加應(yīng)力，對使用不利。 

從焊接變形理論知道，影響焊接變形大小主要因素是：焊縫尺寸愈大，熔敷金屬愈多，變形愈大；焊縫尺寸相等時(shí)，焊縫線能量越大。造成的變形出越大；焊接大長焊縫時(shí)，分段比直通焊變形要??；焊縫布置不對稱或雖布置對稱但不對稱焊接，使焊縫部位偏離越嚴(yán)重，變形越大；構(gòu)件剛性越小，變形越大。 

根據(jù)以上分析，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，減少和控制變形的主要途徑是：設(shè)計(jì)合理的坡口尺寸，制訂最佳焊接規(guī)范。采取合理的焊接順序和回強(qiáng)工藝管理等。 

2.2 焊接坡口設(shè)計(jì) 

焊接接頭口設(shè)計(jì)在焊接工程中設(shè)計(jì)中是較薄弱的環(huán)節(jié)，主要是許多鋼結(jié)構(gòu)件的結(jié)法治坡口設(shè)計(jì)不是出自焊接工程技術(shù)人員之手，硬性套標(biāo)準(zhǔn)和工藝性能較差的坡口屢見不鮮。坡口形式對控制焊縫內(nèi)部質(zhì)量和焊接結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量有著很重要作用。坡口設(shè)計(jì)必須考母材的熔合比，施焊空間，焊接位置和綜合經(jīng)濟(jì)效益等問題。應(yīng)先按下式計(jì)算橫向收縮值ΔB。 

ΔB=5.1Aω/t+1.27d 

式中Aω——焊縫橫截面積，mm3 ,t——板厚，mm，d——焊縫根部間隙，mm。 

找出ΔB與Aω的關(guān)系后，即可根據(jù)兩者關(guān)系列表分析，處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后確定矩形管對接焊縫破口形式（圖2）。


2.3 焊接規(guī)范 

通過工藝試驗(yàn)和工藝分析，確定矩形管對接焊縫采用雙層CO2氣體保護(hù)焊。焊接材料用H08Mn2SiA，φ1.2焊絲；保護(hù)氣體為純CO2氣體；第一層焊縫的焊接電流為200—250A，第二層為240—320A；焊接電壓為15—20L/min。工藝要求是：第一怪焊縫必須焊透，保證背面成型良好；焊接電流，電弧電壓，送絲速度，焊接速度等可根據(jù)設(shè)備型號調(diào)節(jié)。 

2.4 焊接順序 

焊接順序涉及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形。為減少變形，矩形對接焊的焊接順序應(yīng)尊循以下原則：采取分層分段對稱跳焊，其產(chǎn)生的焊接變形比直通焊小。直通擺動(dòng)焊時(shí)，焊接開始所形居的較窄的塑性變形區(qū)只出現(xiàn)一次，而且由于連續(xù)擺動(dòng)焊接，熱量輸入多，受熱面積大，被壓縮造成的塑性變形區(qū)域大，因而次序卻后殖余變表出很大。分層分段跳焊時(shí)，每一層截面都很小，所需熱量就小，且每一層又分若干段進(jìn)行跳焊，每焊一段其本上都是在冷鋼板上重新建立一次溫度場，每次都出現(xiàn)一個(gè)較窄的塑性變形區(qū)，因而其塑性變形區(qū)的平均寬度（即橫向收縮的尺寸）要比相應(yīng)分層直通焊小，縱向收縮也小，比起直通連續(xù)一次填滿的擺動(dòng)焊接變形就更小。 

根據(jù)上述分析，矩形管對接焊縫采取分段跳焊，可按圖3所示順序施焊。即先焊焊縫1，翻面焊焊縫2，焊2應(yīng)采用比焊1較大的焊接規(guī)范，以產(chǎn)生較大的反向力，使原變形得到矯正，接著采取同樣方法焊3和4，焊接規(guī)范要比焊1、2大一些。 

按照擬定工藝方案制造的矩形管，外形尺寸公差及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，解決了HTH5000型水泥攤鋪機(jī)國產(chǎn)化制造的關(guān)鍵材料替代問題。 
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