攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵有限責(zé)任公司 (四川 610500) 韓紅梅
我廠承接了由中國(guó)重型機(jī)械研究院(西重所)設(shè)計(jì),在國(guó)際上也屬于超大型的φ1626mm鋼管水壓機(jī)的制造任務(wù),其結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、排氣移動(dòng)小車、充水裝置和排氣頭試壓工具以及輔機(jī)設(shè)備等組成。而移動(dòng)排氣小車上的主缸是水壓機(jī)的關(guān)鍵部件,技術(shù)要求十分嚴(yán)格,也是我廠首次制造大規(guī)格的主缸。由于φ1626mm水壓機(jī)主缸缸體長(zhǎng)2640mm,缸體頭部外徑1840mm,缸體外徑1620mm,內(nèi)徑1220mm,厚度高達(dá)200mm。缸體要求按JB/T5000.15—1998鍛件Ⅳ級(jí)鍛件驗(yàn)收,其力學(xué)性能要求如下:σb≥480MPa、σs≥280 MPa、δ5≥12%、 Akv≥39J,材質(zhì)采用了20MnMo。設(shè)計(jì)工作壓力28MPa,試驗(yàn)壓力34MPa。
由于該缸體尺寸較大,產(chǎn)品凈重高達(dá)22.5t,整體制作難度大,超出我廠設(shè)備生產(chǎn)能力,故決定將主缸分拆為兩段來(lái)制造,再組焊為一個(gè)整件,既降低單件重量,又減少了制造加工成本,從而大大縮短制造工期和降低制造難度、費(fèi)用。為此確定了分?jǐn)辔恢眉捌驴谛问?,并通過(guò)機(jī)加工來(lái)保證焊縫坡口的精確度,同時(shí)選擇合理的焊接工藝及措施,確保焊接質(zhì)量。
(1)根據(jù)對(duì)高壓缸體工作時(shí)受力狀況的分析以及便于鍛制和加工,確定了主缸的分段位置,分為缸體頭段、缸體尾段兩部分,并確定了對(duì)接焊坡口形式,如附圖所示。
缸體結(jié)構(gòu)
(2)為確保焊后兩端達(dá)到同軸度要求,在兩段缸體的焊縫連接位置設(shè)計(jì)了長(zhǎng)60mm、厚10mm的環(huán)狀止口。為確保對(duì)接處根部焊透,每段缸體對(duì)接處留間隙2~3mm、鈍邊3mm。設(shè)計(jì)環(huán)狀止口可以達(dá)到兩個(gè)重要效果:一是起到了組裝焊接前的定位作用;二是增設(shè)了根部焊縫的墊板,使熔深最低位在墊板處,待焊后加工去除該墊板后也就清除了焊縫根部容易造成缺陷的位置,確保了根部的完全焊透和焊縫底部的焊接質(zhì)量。
20MnMo化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1所示。其碳當(dāng)量Ceq≈0.46%,由此可見(jiàn)20MnMo鋼的淬硬傾向尚不嚴(yán)重,焊接性一般。但由于焊縫厚度達(dá)200mm,為避免產(chǎn)生冷裂紋,仍需要采取嚴(yán)格的工藝措施,即焊前預(yù)熱,焊后進(jìn)行消除焊接應(yīng)力熱處理等。
表1 20MnMo的化學(xué)成分和力學(xué)性能
通過(guò)對(duì)20MnMo鋼的焊接性分析,并結(jié)合我廠實(shí)際狀況,確定的焊接方法為先用焊條電弧焊打底焊,再實(shí)施埋弧焊。
(1)焊接材料的選擇 焊條電弧焊打底:采用E5015(J507 );埋弧焊填充、蓋面焊:在自動(dòng)焊床上采用埋弧焊進(jìn)行焊接。焊絲選用大西洋牌型號(hào)為CHW-S2CG(H08MnA )+焊劑CHF301,φ4mm填充,φ5mm蓋面焊。
焊條CHE50(型號(hào)E5015、牌號(hào)J507 )化學(xué)成分如表2所示,熔敷金屬力學(xué)性能如表3所示。
焊絲CHW-S2CG(H08MnA )化學(xué)成分如表4所示,熔敷金屬力學(xué)性能如表5所示。
表2 焊條CHE50熔敷金屬化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)
表3 焊條CHE50熔敷金屬力學(xué)性能
表4 焊絲CHW-S2CG化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)
表5 焊絲CHW-S2CG熔敷金屬力學(xué)性能
(2)焊接設(shè)備 由于工件超重,為保證焊接全過(guò)程的安全,采用托輥支撐,將工件夾頂在我廠用C61100車床改造的堆焊機(jī)床上進(jìn)行堆焊。埋弧焊機(jī)采用施威牌ZD5-1250晶閘管弧焊整流器,焊條電弧焊選用ZX5-630直流焊機(jī)。
(3)焊前清理與保護(hù) 由于坯料是分段鍛制而成、經(jīng)粗加工后方可實(shí)施焊接,為此坯料質(zhì)量的好壞直接影響焊接質(zhì)量,故應(yīng)對(duì)所有坯件逐一檢查外形尺寸,全部進(jìn)行了著色、超聲波探傷,對(duì)缺陷處補(bǔ)焊磨光,直到著色、超聲波探傷合格后為止。焊前必須完全清除表面氧化皮等雜質(zhì),污物和脂油用丙酮清洗,油漆用堿、標(biāo)記墨水用甲醇清除,特別是焊接接頭兩側(cè)各50mm范圍,包括鈍邊和坡口,從而保證所有焊件表面的清潔性和內(nèi)外在質(zhì)量。
(4)組裝、定位、打底焊 將主缸體兩段的內(nèi)外止口配合,在垂直狀態(tài)裝配為一體,在外圓上用6件20mm×100mm×200mm的Q235鋼板將工件均布焊接連接牢固,然后再整體平放,在焊縫水平位置進(jìn)行打底焊,邊滾動(dòng)邊焊接。為安全運(yùn)輸,焊層厚度保證5mm,焊完后打磨干凈焊縫表面進(jìn)行磁粉探傷,確認(rèn)無(wú)缺陷后,取掉連接板。
(5)焊接參數(shù)選擇 第一,焊前對(duì)主缸進(jìn)行加熱爐整體預(yù)熱,預(yù)熱溫度200~250℃。
第二,打底焊:采用E 5015(J 507)、φ3.2mm打底,焊條需經(jīng)350℃烘焙1h,置于保溫筒中,隨取隨用。φ3.2mm,焊接電流100~140A;φ4mm,焊接電流100~140A。
第三,埋弧焊參數(shù):焊接電流575~600A,電弧電壓34~36V,焊接速度30m/h,焊接熱輸入控制在20~30kJ/cm。
由于該主缸體焊接量很大,故采用多層多道焊接,在焊接至焊接總量一半時(shí)(即100mm處),必須進(jìn)行一次中間退火和超聲波探傷檢查,退火溫度控制在580~620℃。
為確保焊縫質(zhì)量,層間溫度控制在200~220℃,注意焊后保溫緩冷。主缸體焊接完成后再次進(jìn)行整體退火、保溫、緩冷。
(6)焊后焊接質(zhì)量評(píng)價(jià) 按JB/T4730.3-2005對(duì)焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷檢查達(dá)到Ⅱ級(jí)合格。按圖樣設(shè)計(jì)要求進(jìn)行70MPa的水壓試驗(yàn),保壓10min,缸體無(wú)滲漏及冒汗現(xiàn)象,試壓結(jié)果為合格。
通過(guò)對(duì)材質(zhì)為20MnMo鋼的φ1626mm水壓機(jī)主缸體焊接工藝分析和焊接生產(chǎn)實(shí)踐,成功解決了大尺寸、大規(guī)格、高要求主缸體的焊接,圓滿完成φ1626mm鋼管水壓機(jī)的制造任務(wù)。用戶使用一年來(lái),各項(xiàng)指標(biāo)均正常。 (20121203)