岳海豹， 李明星， 賈國棟

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

制動(dòng)輪是起重機(jī)械最重要的部件之一，其主要功能是使行駛的機(jī)構(gòu)減速或者停止，使上升下降的機(jī)構(gòu)保持速度穩(wěn)定或者懸停不動(dòng)。制動(dòng)輪直徑較小時(shí)多采用鍛件45鋼材料，較大時(shí)多選用鑄件。但鑄件容易出現(xiàn)缺陷及非致密區(qū)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，報(bào)廢率較高。隨著焊接技術(shù)的日益成熟，高碳45鋼(高碳45鋼容易滿足表淬要求)的焊接性能已完全可以滿足要求。在此前提下，采用分體式焊接制動(dòng)輪可以更好地節(jié)約毛坯用量，降低生產(chǎn)成本。本文以起重機(jī)制動(dòng)輪為例，通過焊接工藝評(píng)定，驗(yàn)證分體式制動(dòng)輪的可行性。

1 分體式制動(dòng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以太原重工起重機(jī)分公司生產(chǎn)的中腹板式制動(dòng)輪為例，直徑小于315 mm時(shí)，采用鍛件45鋼材料；如果直徑大于或等于315 mm時(shí)，則采用鑄件材料。與鍛件相比，鑄件成型簡單，價(jià)格相對(duì)便宜，但鑄件內(nèi)容易出現(xiàn)缺陷及非致密區(qū)。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，目前太原重工起重機(jī)分公司制動(dòng)輪均使用鍛件45鋼材料。整體鍛件制動(dòng)輪雖能保證產(chǎn)品質(zhì)量，但其生產(chǎn)周期長，鍛壓成本高，價(jià)格昂貴。原中腹板式制動(dòng)輪如圖1所示。分體式制動(dòng)輪將原整體式制動(dòng)輪進(jìn)行拆分，分為制動(dòng)輪外圈及腹板兩部分，其外圈可采用45鋼管材，中腹板選用性能可靠的鋼板，并通過工藝控制，達(dá)到滿足制動(dòng)輪使用的要求。與原制動(dòng)輪相比，分體式焊接制動(dòng)輪可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。分體式焊接制動(dòng)輪如圖2所示。

2 分體式制動(dòng)輪焊接工藝評(píng)定方案

2.1 材料及鋼板厚度選擇

焊接工藝評(píng)定鋼板選用45鋼板及Q345B鋼板兩種，45鋼板容易達(dá)到表淬的要求，選用Q345B鋼板的原因是相對(duì)于45鋼Q345B鋼板更容易施焊，焊接質(zhì)量容易保證。

焊接方法：選擇CO2氣體保護(hù)焊，焊絲型號(hào)為ER50-6，焊絲直徑為Φ1.2 mm。

圖1 原中腹板式制動(dòng)輪

圖2 分體式焊接制動(dòng)輪

對(duì)太原重工起重機(jī)分公司現(xiàn)有制動(dòng)輪圖紙進(jìn)行查閱，其厚度在15 mm～40 mm之間，根據(jù)焊接工藝評(píng)定使用范圍為所選厚度的0.5倍～2倍之間，試板厚度選用25 mm[1]。

2.2 焊接工藝評(píng)定方案

為驗(yàn)證分體式焊接制動(dòng)輪性能的可靠性，共對(duì)五種工藝方案進(jìn)行分析，詳見表1。

通過比較方案1與方案2來判斷表淬工序?qū)附又苿?dòng)輪(45鋼+Q345B)焊縫的影響及是否滿足使用要求；通過比較方案3與方案4來判斷退火工序?qū)附又苿?dòng)輪(45鋼+45鋼)焊縫的影響；通過比較方案4與方案5來判斷表淬工序?qū)附又苿?dòng)輪(45鋼+45鋼)焊縫的影響；通過比較方案1與方案4及方案2與方案5材料的性能來判斷分體制動(dòng)輪最終的選材。

表1 制動(dòng)輪焊接工藝方案評(píng)定

2.3 焊接工藝評(píng)定結(jié)果

本試驗(yàn)所使用的設(shè)備為：WE-1000萬能試驗(yàn)機(jī)312，NI500 F沖擊試驗(yàn)機(jī)111102025，SBW-600彎曲試驗(yàn)機(jī)。環(huán)境溫度為25 ℃，拉伸試驗(yàn)試樣厚度為25 mm，橫截面尺寸如表2所示；沖擊試驗(yàn)試樣尺寸為10 mm×10 mm×55 mm，缺口類型為KV2槽深2 mm；彎曲試驗(yàn)試樣厚度為10 mm，彎曲類型為側(cè)彎，彎心直徑為50 mm，彎曲角度為180°[2-4]。

對(duì)應(yīng)表1工藝方案順序，各方案材料拉伸測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示；各方案材料沖擊及彎曲測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。參考標(biāo)準(zhǔn)TZS/K-717.16-2015和GB/T1591—2008，給出焊接工藝評(píng)定材料性能參數(shù)，如表4所示。

表2 各工藝方案拉伸測(cè)量數(shù)據(jù)

2.4 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

①從表2中序1、序2及序4、序5與表4對(duì)比可以看出：表淬對(duì)焊接工藝評(píng)定試件拉伸力學(xué)性能影響不大；②從表3中序1、序2及序4、序5與表4對(duì)比可以看出：表淬對(duì)焊接工藝評(píng)定試件Q345B沖擊性能影響較大，但大于24 J，滿足材料使用要求；③從表2、表4中序3、序4可以看出：退火處理對(duì)焊接工藝評(píng)定試件性能影響不大；④從表2與表4數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：抗拉強(qiáng)度大小順序?yàn)镼345B < ER50-6<45鋼，其中最小的Q345B抗拉強(qiáng)度約為475 MPa；⑤從表3可以看出：各試件彎曲性能均滿足要求；⑥從表3、表4可以看出：外圈45鋼+腹板45鋼形式力學(xué)性能均滿足要求，但外圈45鋼+腹板Q345B形式的沖擊性能受表淬的影響較大。

特別說明：原制動(dòng)輪材料為ZG310-570，本論文試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比以材料ZG310-570做為參照。

表3 各工藝方案沖擊及彎曲測(cè)量數(shù)據(jù)

表4 各材料對(duì)應(yīng)力學(xué)性能

3 分體式焊接制動(dòng)輪試制

在實(shí)際焊接分體制動(dòng)輪中，選擇了工序最多也是最符合實(shí)際生產(chǎn)需要的方式，如表5所示。腹板選用45鋼及Q345B鋼板是為了驗(yàn)證實(shí)際施焊時(shí)焊縫的質(zhì)量。

表5 分體制動(dòng)輪試制方案

從焊接工藝評(píng)定來講：外圈45鋼+腹板Q345B形式抗拉強(qiáng)度較低，表淬對(duì)熱影響區(qū)有一定的影響，但力學(xué)性能均滿足使用要求；外圈45鋼+腹板45鋼形式各項(xiàng)力學(xué)性能數(shù)據(jù)均滿足使用要求。

從實(shí)際施焊制動(dòng)輪的情況來講：外圈45鋼+腹板Q345B形式焊接較易，對(duì)預(yù)熱保溫要求較低，缺陷較少；外圈45鋼+腹板45鋼形式必須在預(yù)熱均勻、嚴(yán)格保溫緩冷情況下進(jìn)行，其焊接一次合格率才可以保證。

4 結(jié)論

通過焊接工藝評(píng)定及焊接現(xiàn)場(chǎng)操作等多方面綜合考慮，外圈45鋼+腹板Q345B形式受表淬影響較大，不建議采用；外圈45鋼+腹板45鋼形式只要做好預(yù)熱保溫及緩冷就可以滿足使用要求。

從經(jīng)濟(jì)角度核算成本，分體式焊接制動(dòng)輪與原制動(dòng)輪相比，約節(jié)約1/3制造成本。