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工程机械用矩形管焊接工艺

2016-03-14 11:09:00
路桥集团柳州筑路机械厂 李驰
原创
8616
摘要：工程机械采用大量矩形管钢结构件。进口机一般选用轧制型的矩形管材，我国钢材市场只供应工字钢、槽钢、角钢等型材，很难买到矩形管，特别是大截面尺寸的矩形管。我厂在研制HTH5000型水泥混凝土滑模摊铺机时，摸索出一套制造矩形管的经验。
工程机械采用大量矩形管钢结构件。进口机一般选用轧制型的矩形管材，我国钢材市场只供应工字钢、槽钢、角钢等型材，很难买到矩形管，特别是大截面尺寸的矩形管。我厂在研制HTH5000型水泥混凝土滑模摊铺机时，摸索出一套制造矩形管的经验。 

1 矩形管制造方案的确定 

矩形梁是摊铺机机架的主要构件，其强度，刚度等机械性能都要求较高。图1是HTH5000型摊铺机机架使用的收缩梁我眨截面，长1932mm，材质为16Mn。与之配套的内管截面尺寸为310×206mm，长2432mm。由于内管需在外管中自由伸缩，且设计要求内外管的弯曲，扭曲及平行度等偏差不大于1.2mm，制作技术难度较大。为此，通过调查研究，最终确定采用对称两半折弯成槽形半壳，然后再焊接成型 的制造工艺。对称的两根槽形半梁用大型折弯压制成型，按工艺要求加工对接焊坡口，预留间隙拼接，采用CO2气体保护焊接施焊。 

2 焊接工艺 

2.1 控制焊接变形 

方形焊接构件大长焊缝大截面熔敷必然造成较大的焊接变形，必须设法预防。 

主要的变形形式是：横向收缩变形，使矩形断面尺寸受到影响，每边约需缩进预留间隙90%左右；焊缝横向收缩后，竖板两端向内弯曲，使构件形成腰鼓状；由于焊缝断面大，输入热量多，必然引起较大的纵向电收缩，使构件在长度方向形成挠曲变形；不合理焊接造成的扭曲变形。矫正十分因难，有时不得不害开重焊或造面整件报废。即使变形得到纠正，也增加了构件的附加应力，对使用不利。 

从焊接变形理论知道，影响焊接变形大小主要因素是：焊缝尺寸愈大，熔敷金属愈多，变形愈大；焊缝尺寸相等时，焊缝线能量越大。造成的变形出越大；焊接大长焊缝时，分段比直通焊变形要小；焊缝布置不对称或虽布置对称但不对称焊接，使焊缝部位偏离越严重，变形越大；构件刚性越小，变形越大。 

根据以上分析，在保证焊缝质量的前提下，减少和控制变形的主要途径是：设计合理的坡口尺寸，制订最佳焊接规范。采取合理的焊接顺序和回强工艺管理等。 

2.2 焊接坡口设计 

焊接接头口设计在焊接工程中设计中是较薄弱的环节，主要是许多钢结构件的结法治坡口设计不是出自焊接工程技术人员之手，硬性套标准和工艺性能较差的坡口屡见不鲜。坡口形式对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要作用。坡口设计必须考母材的熔合比，施焊空间，焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值ΔB。 

ΔB=5.1Aω/t+1.27d 

式中Aω——焊缝横截面积，mm3 ,t——板厚，mm，d——焊缝根部间隙，mm。 

找出ΔB与Aω的关系后，即可根据两者关系列表分析，处理数据，进行优化设计，最后确定矩形管对接焊缝破口形式（图2）。


2.3 焊接规范 

通过工艺试验和工艺分析，确定矩形管对接焊缝采用双层CO2气体保护焊。焊接材料用H08Mn2SiA，φ1.2焊丝；保护气体为纯CO2气体；第一层焊缝的焊接电流为200—250A，第二层为240—320A；焊接电压为15—20L/min。工艺要求是：第一怪焊缝必须焊透，保证背面成型良好；焊接电流，电弧电压，送丝速度，焊接速度等可根据设备型号调节。 

2.4 焊接顺序 

焊接顺序涉及结构的应力和变形。为减少变形，矩形对接焊的焊接顺序应尊循以下原则：采取分层分段对称跳焊，其产生的焊接变形比直通焊小。直通摆动焊时，焊接开始所形居的较窄的塑性变形区只出现一次，而且由于连续摆动焊接，热量输入多，受热面积大，被压缩造成的塑性变形区域大，因而次序却后殖余变表出很大。分层分段跳焊时，每一层截面都很小，所需热量就小，且每一层又分若干段进行跳焊，每焊一段其本上都是在冷钢板上重新建立一次温度场，每次都出现一个较窄的塑性变形区，因而其塑性变形区的平均宽度（即横向收缩的尺寸）要比相应分层直通焊小，纵向收缩也小，比起直通连续一次填满的摆动焊接变形就更小。 

根据上述分析，矩形管对接焊缝采取分段跳焊，可按图3所示顺序施焊。即先焊焊缝1，翻面焊焊缝2，焊2应采用比焊1较大的焊接规范，以产生较大的反向力，使原变形得到矫正，接着采取同样方法焊3和4，焊接规范要比焊1、2大一些。 

按照拟定工艺方案制造的矩形管，外形尺寸公差及各项技术指标达到设计要求，解决了HTH5000型水泥摊铺机国产化制造的关键材料替代问题。 
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