華電曹妃甸重工裝備有限公司 （河北唐山 063200） 顧振興 孫建廣 戚建偉

1. 概述

隨著圓形料場在電力、煤場、碼頭等區(qū)域的廣泛應(yīng)用，對堆取料機(jī)的制作能力也提出了更高的要求，但是在圓形堆取料機(jī)中，厚法蘭焊接變形問題一直尤為凸顯。為了更好的解決該問題，我公司對制作工藝進(jìn)行深入分析，實(shí)踐后形成工藝方案。

2. 問題提出

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，堆料和取料的回轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)（見圖1）是由上下聯(lián)接法蘭和回轉(zhuǎn)軸承構(gòu)成，其主要問題：一是在主要的承載結(jié)構(gòu)部位，承載重量達(dá)到幾十噸，法蘭的垂直度直接影響了整機(jī)重心是否穩(wěn)定；二是設(shè)備在料場中回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，平面度超差的法蘭也大大縮短了軸承的使用壽命。

圖1 堆料和取料的回轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)

以往出現(xiàn)的質(zhì)量問題中，大直徑的下法蘭和筒體焊接時(shí)會出現(xiàn)法蘭內(nèi)外兩邊塌邊變形，法蘭邊緣越寬變形就會越大。分析后認(rèn)為，焊接位置熱輸入過大，局部熱量較高，法蘭在無約束的情況下受熱會迅速的膨脹，當(dāng)焊縫溫度逐漸冷卻慢慢收縮，未施焊處與焊縫處冷卻速度不一致，由于法蘭很厚，剛性較大，應(yīng)力不能釋放，所以就會產(chǎn)生較大的變形，產(chǎn)生“翻邊”和“角焊縫”。當(dāng)法蘭上下平面厚度出現(xiàn)不同程度超差時(shí)，會影響螺栓的安裝，問題嚴(yán)重時(shí)也會發(fā)生變形量超過工藝留量，只能通過對法蘭表面進(jìn)行局部補(bǔ)焊的方法進(jìn)行挽救。采用補(bǔ)焊方法不僅返修困難，造成人力、物力的浪費(fèi)，而且嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)周期滯后；另外局部的高溫也會影響到法蘭的內(nèi)部組織，降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

圖2為聯(lián)接法蘭與筒體結(jié)構(gòu)，法蘭厚50mm，筒體φ2000mm，法蘭φ2505mm，法蘭內(nèi)外螺栓孔均布，并在焊接位置的兩端布置加強(qiáng)筋板。

技術(shù)要求如圖3所示，制作時(shí)法蘭厚度上留加工余量10mm，焊接完成通過車床機(jī)加工法蘭平面、鉆床加工螺栓孔。焊接時(shí)筒體開坡口，材料為Q345低合金鋼材質(zhì)，雙面焊接100%超聲波探傷Ⅰ級合格。法蘭上平面機(jī)加工滿足表面粗糙度的要求，平面度為0.30mm，與筒體中心線的垂直度要求0.50mm以內(nèi)。焊接時(shí)主要采用CO2氣體保護(hù)焊。

圖2 聯(lián)接法蘭與筒體結(jié)構(gòu)

圖3 焊縫技術(shù)要求

4. 工藝方案的確定

為防止以上情況的發(fā)生，工藝方案的細(xì)化是焊接該件的重點(diǎn)。我們先焊接外側(cè)筋板，采取強(qiáng)制變形的工藝方法防止筒體外側(cè)法蘭寬邊緣部分的變形。下面就對該方案進(jìn)行逐步闡述。

圖4 筒體坡口形式

（1）焊前準(zhǔn)備 以筒體板厚16mm為例，采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)加工筒體坡口（見圖4），不僅切割速度快、質(zhì)量好，而且可以有效地減小修磨量；另外規(guī)則的坡口可以有效避免因焊接間隙、熔透深度不一造成的碳弧氣刨清根不徹底，受熱不均變形較大的情況發(fā)生。由于外側(cè)法蘭邊緣長度大，容易發(fā)生變形，如果在焊接前焊接外側(cè)加強(qiáng)筋板，不便于碳弧氣刨清根，所以選擇筒體的外側(cè)開坡口，筒體內(nèi)側(cè)碳弧氣刨清根。

焊接前用砂輪對坡口內(nèi)外50mm進(jìn)行打磨，去除母材表面的雜質(zhì)、油污及鐵銹。焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，金橋JQ.MG50—6，φ1.2mm焊絲。CO2氣體應(yīng)干燥、潔凈，氣體流量15~25L/min。

（2）施焊 組對后定位焊，焊接過程中在60mm與16mm板對接的焊接位置用火焰進(jìn)行分段加熱，溫度控制在150℃左右。采取焊前預(yù)熱，一方面降低了焊接應(yīng)力；另一方面降低焊接應(yīng)變速率，同時(shí)降低變形速率，有利于避免產(chǎn)生裂紋。施焊時(shí)的具體參數(shù)如附表所示，焊接順序如圖5所示。

具體焊接工藝如下：

焊接參數(shù)

圖5 焊接順序

第一，外側(cè)筋板焊接：經(jīng)過分析焊接位置角變形使得外側(cè)法蘭外翻，我們決定先將外側(cè)筋板全部裝配點(diǎn)焊后進(jìn)行焊接，法蘭、筒體、筋板形成一個(gè)剛性的整體互相支撐，有助于減小焊接變形，筋板的焊縫位置留出過焊孔保證施焊流暢。

第二，外側(cè)焊縫打底：首先焊接外側(cè)打底層，采用CO2氣體保護(hù)焊直線運(yùn)條焊接，主要原因是直線運(yùn)條法焊接時(shí)熱輸入較小，阻止了柱狀晶的增長，后面多層焊接時(shí)進(jìn)行多次的回火使晶粒得到細(xì)化。進(jìn)行直線運(yùn)條方式，既可使高溫停留時(shí)間縮短，收縮變形隨之變小，焊縫位置不會反復(fù)的加熱，同時(shí)又有效地防止了偏析，增強(qiáng)了力學(xué)性能。打底層焊縫金屬可以保證背面清根的要求即可。

第三，內(nèi)側(cè)碳刨清根：打底完成后利用碳弧氣刨在內(nèi)側(cè)進(jìn)行清根處理，中厚板焊接背面碳弧氣刨是鋼結(jié)構(gòu)施工中不可或缺的工序之一，碳棒直徑采用φ8mm，電流在400A左右，要注意的是在保證刨槽外觀和深度的同時(shí)刨削的速度要盡量的快，減少熱輸入，勻速刨削。

第四，內(nèi)側(cè)筋板焊接：內(nèi)側(cè)焊縫焊接前將內(nèi)側(cè)加強(qiáng)筋板裝配并焊接，可有效減小焊縫內(nèi)側(cè)法蘭變形。

第五，內(nèi)側(cè)焊縫焊接：內(nèi)側(cè)焊縫采用多層多道的焊接方式往外堆積焊接。焊縫對稱焊接，減小變形。焊接時(shí)采用直線運(yùn)條的方式，多段多道焊，減小熱輸入。每焊2~3道都要趁熱對焊縫進(jìn)行錘擊，消除應(yīng)力。

第六，外側(cè)焊縫填充：填充焊時(shí)焊接電流和電壓相應(yīng)的大于打底層，保證有相對較大的熔深，獲得良好的外觀。焊接時(shí)采用直線運(yùn)條的方式不允許擺動(dòng)，每一層的厚度在3~5mm，這樣可以在有效保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，使冷卻后的變形量得到控制，同時(shí)焊接夾渣等缺陷也會大大降低，滿足了生產(chǎn)需求。

5. 結(jié)語

在焊接過程中，嚴(yán)格按照焊接順序及注意焊接過程中的幾個(gè)要點(diǎn)，經(jīng)過多次實(shí)踐檢驗(yàn)，焊接變形得到有效的控制，法蘭的平面度控制在3mm以內(nèi)，焊縫可以一次性的通過超聲波探傷檢測Ⅰ級合格標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)焊、锪孔的情況大大減小，為公司節(jié)約了大量的人力物力；同時(shí)縮短了生產(chǎn)的周期，很多員工通過該焊縫的焊接積累了厚板焊接的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為保證公司的產(chǎn)品質(zhì)量打下了良好的基礎(chǔ)。