工程機械用矩形管焊接工藝

2016-03-14 11:09:00
路橋集團柳州筑路機械廠 李馳
原創
4981
摘要:工程機械采用大量矩形管鋼結構件。進口機一般選用軋制型的矩形管材,我國鋼材市場只供應工字鋼、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時,摸索出一套制造矩形管的經驗。
工程機械采用大量矩形管鋼結構件。進口機一般選用軋制型的矩形管材,我國鋼材市場只供應工字鋼、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時,摸索出一套制造矩形管的經驗。 

1 矩形管制造方案的確定 

矩形梁是攤鋪機機架的主要構件,其強度,剛度等機械性能都要求較高。圖1是HTH5000型攤鋪機機架使用的收縮梁我眨截面,長1932mm,材質為16Mn。與之配套的內管截面尺寸為310×206mm,長2432mm。由于內管需在外管中自由伸縮,且設計要求內外管的彎曲,扭曲及平行度等偏差不大于1.2mm,制作技術難度較大。為此,通過調查研究,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,預留間隙拼接,采用CO2氣體保護焊接施焊。 

2 焊接工藝 

2.1 控制焊接變形 

方形焊接構件大長焊縫大截面熔敷必然造成較大的焊接變形,必須設法預防。 

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,每邊約需縮進預留間隙90%左右;焊縫橫向收縮后,豎板兩端向內彎曲,使構件形成腰鼓狀;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,有時不得不害開重焊或造面整件報廢。即使變形得到糾正,也增加了構件的附加應力,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,焊縫線能量越大。造成的變形出越大;焊接大長焊縫時,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重,變形越大;構件剛性越小,變形越大。 

根據以上分析,在保證焊縫質量的前提下,減少和控制變形的主要途徑是:設計合理的坡口尺寸,制訂最佳焊接規范。采取合理的焊接順序和回強工藝管理等。 

2.2 焊接坡口設計 

焊接接頭口設計在焊接工程中設計中是較薄弱的環節,主要是許多鋼結構件的結法治坡口設計不是出自焊接工程技術人員之手,硬性套標準和工藝性能較差的坡口屢見不鮮。坡口形式對控制焊縫內部質量和焊接結構制造質量有著很重要作用。坡口設計必須考母材的熔合比,施焊空間,焊接位置和綜合經濟效益等問題。應先按下式計算橫向收縮值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的關系后,即可根據兩者關系列表分析,處理數據,進行優化設計,最后確定矩形管對接焊縫破口形式(圖2)。


2.3 焊接規范 

通過工藝試驗和工藝分析,確定矩形管對接焊縫采用雙層CO2氣體保護焊。焊接材料用H08Mn2SiA,φ1.2焊絲;保護氣體為純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,焊接速度等可根據設備型號調節。 

2.4 焊接順序 

焊接順序涉及結構的應力和變形。為減少變形,矩形對接焊的焊接順序應尊循以下原則:采取分層分段對稱跳焊,其產生的焊接變形比直通焊小。直通擺動焊時,焊接開始所形居的較窄的塑性變形區只出現一次,而且由于連續擺動焊接,熱量輸入多,受熱面積大,被壓縮造成的塑性變形區域大,因而次序卻后殖余變表出很大。分層分段跳焊時,每一層截面都很小,所需熱量就小,且每一層又分若干段進行跳焊,每焊一段其本上都是在冷鋼板上重新建立一次溫度場,每次都出現一個較窄的塑性變形區,因而其塑性變形區的平均寬度(即橫向收縮的尺寸)要比相應分層直通焊小,縱向收縮也小,比起直通連續一次填滿的擺動焊接變形就更小。 

根據上述分析,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應采用比焊1較大的焊接規范,以產生較大的反向力,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技術指標達到設計要求,解決了HTH5000型水泥攤鋪機國產化制造的關鍵材料替代問題。 
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