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一拖（洛陽）建筑機械有限公司 聶福全 徐梟波 張宏博 何 暉 |
| １ 叉腳的結構特點及可焊性分析 我公司生產的ＹＬ２５型輪胎壓路機中，轉向叉腳部件的結構如圖１所示，它的主要作用有以下三點方面：一是承載作用，二是轉向作用，三是作為各輪胎的鉸接點起到平衡輪胎的作用。該部件結構比較復雜，整體加工制造比較困難，成本較高。為了降低該部件制造成本、滿足上述基本使用要求并且便于加工，我們將叉腳設計成兩個零件，即立板和叉腳*焊接而成。其中立板為鋼板件，材料為Ｑ２３５Ａ，叉腳為鑄件，材料為ＺＧ３１０－５７０，兩個零件分別加工，*再組焊。由于是兩種不同材料的焊接，其化學成分和物理性能的差異對焊接質量有一定的影響（兩種材料的化學成分見表１）。因此，在焊接過程中，必須采取一定的措施，才能確保焊接的質量。 １．１ 鑄鋼/結構鋼異種材料可焊性分析 根據計算，叉腳材料ＺＧ３１０－５７０的碳當量Ｃｅｇ＝０．８１。 由于碳當量較大，加上鑄造工藝的影響，實際碳當量較理論值還要大，叉腳在焊接時熱影響區的淬硬傾向較大。此時如果冷卻速度較快，就容易在熱影響區產生冷裂紋，焊前需要采取預熱措施，焊后進行消除應力熱處理，即使不能立即消除應力，也要采取緩冷措施，以方便氫的擴散逸出，防止產生冷裂紋。 立板材料為焊接性良好的低碳鋼Ｑ２３５Ａ，其碳當量Ｃｅｇ＝０．３６。 但由于鋼板厚度大，與叉腳形成的焊接結構剛性和拘束度都較大，容易產生氫致裂紋。因此，應采取適當的方法減小結構剛性和拘束度。 １．２ 焊接方法的確定 根據以上分析，結合該部件的具體使用要求，焊接方法既可以選擇手工電弧焊，也可選擇ＣＯ２氣體保護焊。考慮到該部件在使用時將承受較大的載荷，因此對焊接質量要求較高。本著既保證質量，又盡可能地降低生產成本的原則，我們選用了ＣＯ２氣體保護焊的工藝方法，該方法可在完全保證叉腳焊縫質量的前提下，實現相對較低的制造成本。 ２ 焊前準備 ２．１ 坡口的設計和制作 為減小焊接應力，我們在焊接坡口的設計上采取了一些獨到的措施，首先在立板兩端面各開一條焊接坡口，其寬度為８～１０ ｍｍ，坡口角度為５０°，為使坡口角度一致，可采用自動氣割機或銑刨機進行操作。然后在立板厚度方向用成型刀在刨床上均勻刨開兩條應力釋放槽（見圖２），為了能使焊接應力得到較好的釋放，減少焊接變形，降低結構的拘束度，一般情況下，應力釋放槽距離坡口最小尺寸應以小于２ ｍｍ為宜。由于該距離較小，當焊接應力較大時，易于變形，從而起到應力釋放的效果，同時，還有利于焊接時焊縫在槽外“焊透”，提高焊接質量。應力釋放槽形狀為梯形結構，槽的*寬度尺寸為６～８ ｍｍ，角度為６０°，深度為５～６ ｍｍ。為避免應力集中，應力釋放槽的底部和頂部尖角應倒圓，并保持坡口外形的圓滑，以減少母材熔入焊縫金屬中的比例，防止裂紋的產生。應力釋放槽由于割裂了材料基體，還能起到降低冷卻速度的作用，這樣的應力釋放槽結構既能夠滿足應力釋放要求又易于加工成型。 ２．２ 焊前清理 焊前零件坡口及鈍邊表面必須清除鐵銹、油污、水分及氧化皮，先采用火焰烘烤清除水、油，然后用手工砂布或砂輪機打磨進行除銹處理。氧化皮直接采用砂輪機打磨進行清除，對于一些較難清洗的油污可以采用丙酮或乙醇清洗。 焊絲使用前必須進行除銹、除油、除水分處理焊絲頭部用砂紙打磨光滑。 焊前在焊接區域和焊槍噴嘴上噴涂防飛濺劑，以減少焊接過程中的飛濺程度。 ２．３ 焊接材料的選擇 選用牌號為Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ，直徑為１．２ ｍｍ的表面鍍銅細焊絲。選擇Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ焊絲主要原因：一是此種焊絲使用廣泛，易于采購，成本較低；二是由于焊絲中含有一定的合金元素，在使用ＣＯ２氣體保護焊時能夠起到較好的脫氧作用，有利于焊接質量的提高。需要注意的是焊絲必須是真空退火狀態供貨。 ２．４ 焊接設備的選擇 焊接設備選用松下ＫＲ２－５００半自動ＣＯ２氣體保護焊機。由于該焊機具有電流、電壓一元化控制功能，可以自動保證焊接電流和電壓之間的優化匹配，從而實現*焊接效果。焊接時電源采用直流正接。 ２．５ 對ＣＯ２氣體的要求 為提高焊接質量，需要對ＣＯ２氣體有一定的要求。我們選用優等級工業純ＣＯ２作為保護氣體，純度為９９．９％，露點在－４０°Ｃ以下，雜質總含量小于０．０２％，水分小于０．００５ ｍｌ/Ｌ。 ３ 焊接過程及焊接工藝參數 （１）焊前預熱 由于ＺＧ３１０－５７０鑄鋼的可焊性較差， 焊前采用火焰預熱，預熱溫度為１５０～２５０ ℃，以降低整個焊接區域的冷卻速度，防止產生裂紋。 （２）底層焊接（圖３） 第Ｉ層焊縫焊接時，盡量采用小電流、低電壓、慢焊速，即小能量焊接法。以一點法施焊基層第Ｉ層 ，采用這種方法既可較為方便地清渣，同時，又可因線能量較小而較好的抑制焊接變形和裂紋產生，其主要焊接工藝參數見表２。 （３）復層焊接 以二點法施焊至一側焊縫的４/５高度處第ＩＩ層 ，*以三點法施焊直至焊接完成第ＩＩＩ層 。 ４ 焊后處理 焊后立即用石棉被覆蓋保溫，緩慢冷卻６ ｈ以降低淬硬程度，避免脆裂。 由于在焊接接頭的熔合區、熱影響區容易產生淬火組織，降低焊縫的塑性和韌性因此，焊后需經６００～６５０ ℃、保溫２～３ ｈ的回火處理，以消除焊接內應力。必要時還可以采用振動時效工藝進行去應力處理。 外觀檢驗：焊接處外觀要求整齊美觀，焊縫均勻，無氣孔、夾渣、未熔合、飛濺、咬邊。 無損探傷：全部焊接完成后，按照ＧＢ１１３４５標準，應用超聲波探傷儀對焊縫內部質量進行檢驗，若發現缺陷，采用碳弧氣刨清除缺陷后補焊。 ５ 焊接過程中的注意事項 （１）當操作現場風速≥１０ ｍ/ｓ或相對濕度 ＞９０％時不宜進行施工操作； （２）焊接過程中采用不斷錘擊焊縫的方法減小 焊接殘余應力； （３）每焊完一層焊縫，應對焊縫進行外觀目視檢查，若有氣孔、夾渣、裂紋，應使用碳弧氣刨，清除焊縫缺陷，補焊后方可以繼續施焊； （４）焊接時為減小風速對ＣＯ２氣體氣流的影響，應使用防護罩或擋板； （５）為使應力釋放槽充分發揮作用，應力釋放槽開口兩端不再焊接； （６）焊接操作時，兩側焊縫交替焊接； （７）焊接時弧坑一定要填滿。 參 考 文 獻 １ 聶福全． ＹＺ２５ＧＤ鑄鋼橫梁脫焊原因及結構改進． 工程機械． ２００１１１ 通信地址：河南洛陽市中州中路７２號 一拖（洛陽）建筑機械有限公司研究所（４７１００９） |
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