液压翻转机翻转机构的异种钢材焊接

2014-03-26李其生

机电工程技术 2014年4期

李其生

（广州市博润化工有限公司，广东广州 510700）

1 工程简介

广州铝制品厂的主要产品，是卷筒式薄铝板，批量很大，主要销售出口。以往包装通过10吨行车吊装，没有翻转机构。垂直双向包装打带很困难，而且不安全。流水生产线上包装速度慢，严重影响生产率的提高。

该厂进行技术改造，需要几台10 t翻转机。要求翻转重量10 t，卷筒最大直径1 200mm、宽度 1 200mm，要求电控PLC，双缸液压操作，实现半自动翻转。翻转机构用SUS304不锈钢板，机架和翻转机构，尽量采用槽钢结构，以达到整机重量轻、强度高、美观实用的目的。卷筒料液压翻转机，机械部分如图1。机架部件由槽钢和钢板组焊而成，翻转机构由不锈钢板，槽钢组焊而成。焊接要求高，需达到足够的强度，是本机成败的关键之一。

图1 机械部分

2 可焊性分析

异种钢材焊接的机件，翻转机构，钢板均用10 mm的SUS304不锈钢板；槽钢选用10#槽钢，材质选用30#钢，结构如图2。

图2 翻转机构

（1）翻转机构钢板SUS304，其化学成份如表1（摘自供应商提供的材质报告）。

表1 SUS304化学成份

表2 30#钢化学成份

（2）10#槽钢的材质为30#钢，其化学成份如表2〔1〕。

根据文献[1]，表1和表2的两异种钢金属的可焊性在良好的范围内。再从机械性能上看，不锈钢SUS304屈服点235 MPa/mm；抗拉强度510 MPa/mm。30#钢屈服点300 MPa/mm；抗拉强度500 MPa/mm。两种材料的δs和δb较为接近，可焊性好。

图3 焊接接头的型式与尺寸

以上分析，只要使用合理的焊接工艺，焊接操作得当，可以得到良好的焊接质量。

3 焊接工艺

（1）10#槽钢长宽交集处开坡口50°±5°。如图3。

（2）清理施焊接口：对接口内外20 mm范围内的油污、油漆、铁锈等对焊接有害的物质清理干净，直至还原工件材料本色。

（3）焊接材料的选择，选用牌号A102型号E308-15，规格为直径3.2 mm焊条，铬镍奥氏体不锈钢焊条。

（4）采用手工电弧焊。焊接接头的型式与尺寸，如图3。焊缝型式如图4。

（5）装备点固焊与组焊成型步骤。

1）首先将翻转机构底盘即支架10#槽钢装配点焊固定。

2）将上述底盘组焊成型：要采取分段，对称焊接方法，防止机架变型。

3）SUS304厚度10 mm不锈钢板点固于底盘上，然后完成组焊。

4）主轴点固与组焊。

5）SUS304厚度10mm加强板与工件支承板SUS304点固，然后完成组焊。

装配规范参数见表3。

（6）安排有经验的持证焊工施焊。

（7）试焊：

图4 焊接型式

表3 装配规范参数

取10#槽钢长100 mm，取SUS304钢板（10 mm）150 mm×150 mm各一件，按上述工艺进行试焊，焊后发现裂纹，出现问题。

接着，由厂长主持，召开由车间主管和专业焊接工程师、焊工班长和施焊焊工参加的焊接质量分析会议。在现场针对焊缝裂纹，对焊接母材、焊接材料、清理接口的干净程度、焊接方法、焊接电流等，进行了分析，查找原因。工程师认为造成裂纹的主要原因可能是焊条的选用不合适。由于A102焊条与A307焊条的化学成份铬当量、镍当量的含量不同，附表4[2]。

表4 装范参数

采用A102焊条焊接焊缝中形成了脆硬的马氏体组织产生裂纹。而采用A307焊条则在焊缝中会形成奥氏体+铁素体双相组织。经统一意见后，再取一对试样进行施焊，按国家标准GB/T983-1995《不锈钢焊条》规定，根据熔敷金属的化学成分、焊接位置和电流种类，选用牌号A307（E309-15）焊条进行焊接，结果焊缝良好，未发现裂纹和其它缺陷，解决了问题。

（8）翻转机构是本机焊件的关键件，由SUS304厚度10 mm与30#钢10#槽钢，异种钢材的焊接而成。必须分层焊接，打底层，填充层，最后盖面层焊接而成。焊接规范参数见表5。

4 焊接操作注意事项

（1）焊条的烘干，本机施焊时，选用A307（E309-15）焊条，烘干炉调定相应适合的温度200℃～250℃，进行烘干，1小时烘干水分，放进保温桶内使用提取时用完一支再取一支，以防止焊缝气孔等缺陷。

（2）整个试焊过程，焊条与工件的角度保持80°～85°之间，以防止气孔等缺陷。

（3）注意收弧，将电弧引到坡口处收弧，以防止焊缝凸凹和焊瘤的产生，并用角磨机处理（打磨）收弧处。

表5 焊接规范参数

5 304不锈钢板与10#槽钢（异种钢焊接）

打底层焊接如图5，尽可能将熔池形成控制成为斜椭圆形。避免出现凸圆形焊缝，因为凸圆形焊缝容易形成层间夹渣及溶合不良等缺陷。

打底层的焊接操作，采用灭弧焊或连弧焊操作技术进行施焊。

图5 打底层焊缝形状

（1）操作时，焊工的左手或胳膊最好有依托，以保持身体的稳定，引弧点应是焊工的正视部位，焊完一根焊条后，焊工需要移动一下位置。保持能正视焊缝，焊工上部身体应随电弧同时向前移动。但眼睛仍要与电弧保持一定的距离。

（2）打底层焊接，由于过渡熔滴受重力影响，偏离焊条的轴线，向下倾斜，因此，在短弧施焊的基础上，焊条保持一定的下倾角70°～80°，如图6。

图6 焊条角度

由于焊条的倾斜及上板、下坡口面角度的影响，使电弧对上板、下坡口面的加热不均匀；上板受热较好，下坡口面受热较差。同时熔池金属因受重力作用下坠，极易造成下坡口面熔合不良，甚至冷接。所以，应先击穿下坡口面，使下坡口面击穿熔孔在前。起焊时，首先在定位焊缝前10～15 mm处的坡口面上划擦引弧，然后将电弧迅速回拉到定位焊缝中心部位加热坡口，当见到坡口两侧金属即将熔化时，将熔点金属送至坡口根部，并压一下电弧，使熔滴与熔化的定位焊缝和母材金属熔合成第一个熔池。当听到电弧的穿透声时，表明已形成了明显可见的熔孔，这时使焊条与焊件保持一定的斜角，依次在下坡口和上板施焊。施焊时，电弧不要抬得太高，保持短弧焊接。

（3）更换焊条熄弧前，必须向熔池背面多补几滴熔滴，然后将电弧拉到侧后方熄弧[2]。更换焊条速度要快，换好后应立即在熔池处再引弧，利用电弧的加热和吹力，重新击穿下坡口钝边，压低电弧施焊；或在收尾熔池处，加热1～2 s，使之熔化，然后立即引弧击穿焊接，保证根部焊透，接头光滑。

（4）连弧焊的操作，先在始焊部位的坡口面上引弧，待根部钝边熔化后，再将液态金属带到下侧钝边，形成第一个熔池，然后击穿熔池，并立即采用椭圆形运条法运条。从坡口上侧向下侧的运条速度要慢一些，防止产生夹渣以及保证填充金属与焊件熔合良好。从下侧向上侧的运条速度要快一些，以防止液态金属下淌[2]。并尽可能将溶池形成控制成为斜椭圆形，避免出现凸图形焊缝，因为凸形焊缝容易形成层间夹渣及溶合不良等缺陷。

底层A307（E309-15）不锈钢焊条按以上方法分段焊接完成后，焊填充层。在填充层焊接之前先用角磨机修理底层焊接接口，引弧和收弧端用沙轮片打磨至理想接口，其它用钢丝刷打磨直至把焊皮焊渣清理干净。认真检查底层有否焊接缺陷，若有缺陷即时修复。

填充层的焊接：检查完底层焊缝有无气孔、未熔合等焊接缺陷，有焊接缺陷的要进行修复，确保没有焊接缺陷后即可准备填充层的焊接，焊接填充层前用钢丝刷子把底层焊缝刷一遍，测一下焊缝温度（用红外线测温器探测），当焊缝温度下降到60 C°左右开始填充层的焊接。