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一拖（洛阳）建筑机械有限公司 聂福全 徐枭波 张宏博 何 晖 |
| １ 叉脚的结构特点及可焊性分析 我公司生产的ＹＬ２５型轮胎压路机中，转向叉脚部件的结构如图１所示，它的主要作用有以下三点方面：一是承载作用，二是转向作用，三是作为各轮胎的铰接点起到平衡轮胎的作用。该部件结构比较复杂，整体加工制造比较困难，成本较高。为了降低该部件制造成本、满足上述基本使用要求并且便于加工，我们将叉脚设计成两个零件，即立板和叉脚*焊接而成。其中立板为钢板件，材料为Ｑ２３５Ａ，叉脚为铸件，材料为ＺＧ３１０－５７０，两个零件分别加工，*再组焊。由于是两种不同材料的焊接，其化学成分和物理性能的差异对焊接质量有一定的影响（两种材料的化学成分见表１）。因此，在焊接过程中，必须采取一定的措施，才能确保焊接的质量。 １．１ 铸钢/结构钢异种材料可焊性分析 根据计算，叉脚材料ＺＧ３１０－５７０的碳当量Ｃｅｇ＝０．８１。 由于碳当量较大，加上铸造工艺的影响，实际碳当量较理论值还要大，叉脚在焊接时热影响区的淬硬倾向较大。此时如果冷却速度较快，就容易在热影响区产生冷裂纹，焊前需要采取预热措施，焊后进行消除应力热处理，即使不能立即消除应力，也要采取缓冷措施，以方便氢的扩散逸出，防止产生冷裂纹。 立板材料为焊接性良好的低碳钢Ｑ２３５Ａ，其碳当量Ｃｅｇ＝０．３６。 但由于钢板厚度大，与叉脚形成的焊接结构刚性和拘束度都较大，容易产生氢致裂纹。因此，应采取适当的方法减小结构刚性和拘束度。 １．２ 焊接方法的确定 根据以上分析，结合该部件的具体使用要求，焊接方法既可以选择手工电弧焊，也可选择ＣＯ２气体保护焊。考虑到该部件在使用时将承受较大的载荷，因此对焊接质量要求较高。本着既保证质量，又尽可能地降低生产成本的原则，我们选用了ＣＯ２气体保护焊的工艺方法，该方法可在完全保证叉脚焊缝质量的前提下，实现相对较低的制造成本。 ２ 焊前准备 ２．１ 坡口的设计和制作 为减小焊接应力，我们在焊接坡口的设计上采取了一些独到的措施，首先在立板两端面各开一条焊接坡口，其宽度为８～１０ ｍｍ，坡口角度为５０°，为使坡口角度一致，可采用自动气割机或铣刨机进行操作。然后在立板厚度方向用成型刀在刨床上均匀刨开两条应力释放槽（见图２），为了能使焊接应力得到较好的释放，减少焊接变形，降低结构的拘束度，一般情况下，应力释放槽距离坡口最小尺寸应以小于２ ｍｍ为宜。由于该距离较小，当焊接应力较大时，易于变形，从而起到应力释放的效果，同时，还有利于焊接时焊缝在槽外“焊透”，提高焊接质量。应力释放槽形状为梯形结构，槽的*宽度尺寸为６～８ ｍｍ，角度为６０°，深度为５～６ ｍｍ。为避免应力集中，应力释放槽的底部和顶部尖角应倒圆，并保持坡口外形的圆滑，以减少母材熔入焊缝金属中的比例，防止裂纹的产生。应力释放槽由于割裂了材料基体，还能起到降低冷却速度的作用，这样的应力释放槽结构既能够满足应力释放要求又易于加工成型。 ２．２ 焊前清理 焊前零件坡口及钝边表面必须清除铁锈、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轮机打磨进行除锈处理。氧化皮直接采用砂轮机打磨进行清除，对于一些较难清洗的油污可以采用丙酮或乙醇清洗。 焊丝使用前必须进行除锈、除油、除水分处理焊丝头部用砂纸打磨光滑。 焊前在焊接区域和焊枪喷嘴上喷涂防飞溅剂，以减少焊接过程中的飞溅程度。 ２．３ 焊接材料的选择 选用牌号为Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ，直径为１．２ ｍｍ的表面镀铜细焊丝。选择Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ焊丝主要原因：一是此种焊丝使用广泛，易于采购，成本较低；二是由于焊丝中含有一定的合金元素，在使用ＣＯ２气体保护焊时能够起到较好的脱氧作用，有利于焊接质量的提高。需要注意的是焊丝必须是真空退火状态供货。 ２．４ 焊接设备的选择 焊接设备选用松下ＫＲ２－５００半自动ＣＯ２气体保护焊机。由于该焊机具有电流、电压一元化控制功能，可以自动保证焊接电流和电压之间的优化匹配，从而实现*焊接效果。焊接时电源采用直流正接。 ２．５ 对ＣＯ２气体的要求 为提高焊接质量，需要对ＣＯ２气体有一定的要求。我们选用优等级工业纯ＣＯ２作为保护气体，纯度为９９．９％，露点在－４０°Ｃ以下，杂质总含量小于０．０２％，水分小于０．００５ ｍｌ/Ｌ。 ３ 焊接过程及焊接工艺参数 （１）焊前预热 由于ＺＧ３１０－５７０铸钢的可焊性较差， 焊前采用火焰预热，预热温度为１５０～２５０ ℃，以降低整个焊接区域的冷却速度，防止产生裂纹。 （２）底层焊接（图３） 第Ｉ层焊缝焊接时，尽量采用小电流、低电压、慢焊速，即小能量焊接法。以一点法施焊基层第Ｉ层 ，采用这种方法既可较为方便地清渣，同时，又可因线能量较小而较好的抑制焊接变形和裂纹产生，其主要焊接工艺参数见表２。 （３）复层焊接 以二点法施焊至一侧焊缝的４/５高度处第ＩＩ层 ，*以三点法施焊直至焊接完成第ＩＩＩ层 。 ４ 焊后处理 焊后立即用石棉被覆盖保温，缓慢冷却６ ｈ以降低淬硬程度，避免脆裂。 由于在焊接接头的熔合区、热影响区容易产生淬火组织，降低焊缝的塑性和韧性因此，焊后需经６００～６５０ ℃、保温２～３ ｈ的回火处理，以消除焊接内应力。必要时还可以采用振动时效工艺进行去应力处理。 外观检验：焊接处外观要求整齐美观，焊缝均匀，无气孔、夹渣、未熔合、飞溅、咬边。 无损探伤：全部焊接完成后，按照ＧＢ１１３４５标准，应用超声波探伤仪对焊缝内部质量进行检验，若发现缺陷，采用碳弧气刨清除缺陷后补焊。 ５ 焊接过程中的注意事项 （１）当操作现场风速≥１０ ｍ/ｓ或相对湿度 ＞９０％时不宜进行施工操作； （２）焊接过程中采用不断锤击焊缝的方法减小 焊接残余应力； （３）每焊完一层焊缝，应对焊缝进行外观目视检查，若有气孔、夹渣、裂纹，应使用碳弧气刨，清除焊缝缺陷，补焊后方可以继续施焊； （４）焊接时为减小风速对ＣＯ２气体气流的影响，应使用防护罩或挡板； （５）为使应力释放槽充分发挥作用，应力释放槽开口两端不再焊接； （６）焊接操作时，两侧焊缝交替焊接； （７）焊接时弧坑一定要填满。 参 考 文 献 １ 聂福全． ＹＺ２５ＧＤ铸钢横梁脱焊原因及结构改进． 工程机械． ２００１１１ 通信地址：河南洛阳市中州中路７２号 一拖（洛阳）建筑机械有限公司研究所（４７１００９） |
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