混凝土搅拌车滚道焊缝开裂的原因分析及修复方案

2018-07-09王会会饶伟强崔宗可张承信

商品混凝土 2018年6期

王会会，饶伟强，崔宗可，张承信

（徐州徐工施维英机械有限公司，江苏徐州 221004）

0 引言

搅拌筒是混凝土搅拌运输车用于装载、搅拌、运输混凝土的关键部件。搅拌筒封头处焊接有法兰，后锥处焊接有滚道。搅拌筒由减速机带动，并通过与滚道滚动接触的托轮支撑的转动，从而实现混凝土的装卸和搅拌功能[1-2]（如图 1）。因混凝土搅拌运输车搅拌时产生偏载和车辆在复杂路面行驶中起步、制动，使搅拌筒受力极其复杂，设计或焊接工艺缺陷都有可能导致滚道焊缝开裂[3-4]。在经过跟踪、调查及翻阅各种资料后，笔者通过对滚道焊缝开裂问题进行原因分析，并提出了修复方案。

图 1 混凝土搅拌运输车

1 焊缝开裂的原因分析

搅拌筒在工作时除了承受筒体自重及混凝土重量造成的弯矩以外，还承受着由于搅拌筒回转运动而引起的转矩作用以及混凝土在搅拌筒内沿周向和轴向的作用力，受力比较复杂[5]。滚道在循环交变载荷的作用下，应力较大区域可能形成初始微裂纹，然后发展成为宏观裂纹，接着宏观裂纹会继续扩展，最终导致焊道或母材开裂。影响滚道的初始微裂纹主要的原因如下：

（1）滚道焊缝处的应力集中

原因：滚道与筒体焊接时，焊缝处经常出现应力集中。此外，搅拌筒在使用过程中，滚道与托轮处的集中载荷以及滚道截面的整体变形也都会使焊接处出现应力集中现象。

对策：打磨应力集中焊缝，重新施焊，对于已经出现宏观裂纹的焊缝或母材，打孔截断裂纹源头，重新焊接。

（2）滚道焊缝处的残余应力

原因：滚道与筒体刚度相差悬殊，一般情况下，搅拌筒筒体厚度为 6mm 的钢板，滚道的径向厚度在60mm 左右，筒体和滚道厚度相差很大，在焊接过程中，滚道的热膨胀受到限制，并且在冷却过程中的收缩也受到限制，而筒体受限程度远小于滚道，最终影响到焊接应力的大小及分布不均，导致残余应力的产生。

对策：调整焊接顺序，减少单次热量输入，焊接过程中用紫铜锤敲击构件，采用振动时效方式调整、均化、消除残余应力。此外，对焊道进行局部打磨，减少焊接缺陷。

（3）滚道与筒体的刚度变化

原因：滚道及筒体的刚度随着车辆的使用呈递减趋势，大方量搅拌车尤为明显，刚度的减弱会加速焊道的疲劳失效，导致焊道或母材开裂。

对策：在滚道与筒体接触内部增焊加强板，提高该区域的整体刚度，以增强焊接结构的抗疲劳失效能力。

2 焊缝开裂的修复方案

当搅拌筒与滚道出现焊缝开裂时，根据焊缝开裂程度的不同，可选择相应的修复方案。

（1）搅拌筒滚道出现周向局部焊缝开裂（见图2）

因为是局部焊缝开裂，要控制滚道焊缝裂纹的继续开裂。沿滚道周向环焊缝打磨出宽度≥5mm、深度≥4mm 的 V 型坡口，重新施焊，焊后补漆。具体焊接方案如下：1）首先在出现裂纹区域两端各延伸 50mm范围清理原焊接焊缝；人工手持砂轮打磨机将原焊道打磨干净，并采用磨光机磨去 1mm 左右渗碳层，保证滚道与筒体露出金属本身；清除干净施焊部位周围 20～30mm 范围内的油污、锈斑、涂料、氧化皮、混凝土等。2）采用短弧焊，保持电弧稳定，采用两层焊道进行焊接；盖面层焊后表面平整，每道焊缝匀直，每道之间不得有明显沟槽及其他缺陷，每道焊缝焊完后，应立即采用带圆角的尖头小锤锤击焊接处，松弛内应力；焊缝缺陷修补后，应打磨焊瘤，清除飞溅。

图 2 局部焊缝开裂

（2）搅拌筒滚道垂直方向母材开裂（见图 3）

图 3 母材开裂

因是焊缝处搅拌筒母材局部开裂，需沿滚道周向环焊缝打磨出宽度≥5mm、深度≥4mm 的 V 型坡口；裂纹末端钻φ10 止裂通孔；母材开裂处滚道周向焊道打磨掉，长度约 100mm，再按照上述焊接方案进行焊接。搅拌筒母材焊道需焊后磨平、补漆。

（3）搅拌筒滚道两侧焊缝全部开裂（见图 4）

该现象一般都是出现在使用 2 年或者更长时间的搅拌车上。针对这种情况，需要对滚道两侧周向焊缝全部刨开，打磨出宽度≥5mm、深度≥4mm 的 V 型坡口，重新施焊，焊后补漆；同时在滚道内侧增加一圈加强板，可以提高罐体的强度和刚度，分散滚道处罐体的集中载荷，提高罐体的承载能力。其特征在于：1）加强板宽度为 200mm、厚度为 1 倍的筒体板厚，加强板上均布有长圆孔，加强板两侧与筒体通过角环焊缝进行焊接固定，长圆孔与筒体内壁采用满焊固定。2）加强板与筒体焊接时，应使加强板上长圆孔相对于筒体与滚道长圆塞焊孔交错布置。具体焊接方案如下：1）首先清除干净滚道两侧面及筒体内部 150mm 范围内的混凝土、油污、锈斑、涂料、氧化皮等；采用磨光机打磨施焊部位，直到滚道两侧面及其筒体内部 150mm 范围内出现新的母材，也可以采用碳弧气刨设备将原焊道及根部清除干净。2）考虑到现场施工场地的限制，为保证滚道定位，焊缝清理顺序为：打磨一侧焊缝→焊接该环缝→打磨另一侧焊缝→焊接该环缝。3）分段拼点内部加强板，拼点时需用铜锤敲击加强板直至与筒体贴合；焊接筒体内部加强板，周圈满焊，所有塞焊孔满焊，打磨焊瘤，清除飞溅。4）加强板焊道一层，滚道两侧焊道两层打底、三层盖面，盖面层焊后表面平整，焊缝之间不得有明显沟槽及其他缺陷，打磨焊瘤，清除飞溅。