大直径法兰拼焊平面度变形控制

2014-12-14戚建伟

金属加工(热加工) 2014年18期

戚建伟

随着科学技术的进步，各种产品、机械装备正向着大型化、高效率、高参数的方向发展，对产品的可靠性要求越来越高。我公司生产的斗轮堆取料机、圆形料场堆取料机在不断的优化升级，堆取料能力逐渐提高。在加工制造过程中，作为主要受力部件的回转大轴承法兰，其制造质量控制成为重中之重。设备结构如图1所示，通常设备中，法兰尺寸如图2、图3所示。

大直径法兰通常采用焊接方法拼焊而成。在组焊过程中，常常由于焊接顺序不正确，或未采取适当的防止变形的措施，致使变形量大，后续的矫正非常困难。

图1 设备结构

图2 圆形料场堆取料机法兰

图3 斗轮堆取料机法兰

1.法兰变形原因分析

法兰采用的是低合金结构钢Q345B或Q345C，厚度60～90mm。大直径拼焊时，由于焊接量大，容易发生较大的横向收缩；另外再加上法兰的直径大，法兰刚度差，横向收缩将引起较大的法兰平面度、圆度及周长的变化。

在拼焊过程中，由于法兰的厚度较大，造成焊缝的厚度方向上分布不均匀，上面大、下面小，结果就形成了焊件的平面偏转，两侧向上翘起一个角度。整体表现为法兰平面度超差严重。

2.防止变形的工艺措施

（1）焊前准备清理坡口及两侧表面各50mm范围内的一些氧化物、油渍、水分及其他有害杂质。

（2）焊前预热由于预热不仅可以改善焊接接头的塑性，也能够有效地降低焊缝受热区的最高硬度，防止出现马氏体淬硬组织，避免产生冷裂纹，降低焊后残余应力，所以我们在焊前采取预热措施，通常Q345的整体温度为100～120℃。焊前预热可以使焊缝区金属和四周的金属温度差减少，在焊后又能够均匀的缓慢的同时冷却收缩，达到明显减少焊接变形的目的。

（3）焊接参数及焊接注意事项法兰一般按圆周4等分或按实际情况分成不同大小几段拼接，采用不对称X形坡口，CO2气体保护焊，多层多道焊。采用“刚性固定法”控制变形，在焊缝加焊“马蹄铁”。坡口形式如图4所示。

焊接参数如表1所示，焊接时，法兰的相对焊缝两个焊工同时焊接，先填充大坡口一测，并在焊接过程中用1m钢板尺测量焊缝角变形量。待焊缝处开始出现角变形即停止焊接，并用石棉板包裹焊缝保温。翻转工件，用碳弧气刨清根，焊接过程同样用平尺测量焊缝处的角变形量。按上述步骤反复进行，直到焊接完毕。

（4）焊后处理焊接完毕后，采用远红外加热带或加热块，局部加热方法对焊道进行去应力处理。加热带或加热块宽度应大于3倍的板厚，加热部位在加热和冷却时需包好石棉。注意热电耦点焊于构件的中间部位侧面，不得接触加热带或加热块。焊后热处理参数如表2所示，热处理曲线如图5所示。