盾构砂浆罐的拼焊工艺研究

（中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016）

随着社会的发展，城镇化建设的加快，城市人口越来越多，城市空间和交通压力越来越大，很多大城市需要修建地铁。盾构是修建地铁隧道的最佳设备，其需求量越来越大[1～3]。泥浆罐作为盾构设备不可缺少的一部分，有必要对砂浆罐的拼焊工艺展开研究。

1 焊接件材料

砂浆罐框架焊接件材料大多为Q235B，极少数零件采用的是Q345B，且多为厚度16mm 以下的钢板。在砂浆罐的分体部件中搅拌轴受力最大，且在使用过程中受到的扭矩较大，有时会出现憋卡，造成瞬间扭矩激增，因此材料以Q345B为主，仅刮板采用Q235B，搅拌轴主轴为直径较大的无缝管，以保证足够的刚性。为保证材料的可靠性，原材料要进行抽样检测并做各项性能试验。砂浆罐整体材料比较统一，有利于砂浆罐的整体施焊。

2 焊接工艺

综合考虑砂浆罐在使用过程中的可靠性、生产效率、环境保护及工人技能方面的要求，采用CO2气体保护焊的焊接方法进行焊接，并要求气体纯度≥99.5%，气体中的含水量＜1.22g/m3，含氧量＜0.1%。砂浆罐的焊接材料选用∅1.2mm的ER50—6 焊丝。CO2气保焊适用面大，成本低，自清理能力强，不易产生裂纹[4]，此焊接方式操作简单，可实现自动焊接和全方位焊接。

2.1 焊前准备

搅拌轴及砂浆罐框架的焊前准备，首先对来料的材质、尺寸、平面度、直线度进行检测和确认，对不满足要求的来料进行处理，保证焊接坡口尺寸偏差±1mm，坡口角度偏差±2.5°，坡口表面光滑，无沟壑，呈现金属光泽。其次采用钢丝刷、角磨机等工具将焊接部位两侧各20mm 范围内表面的铁锈、氧化皮等污物打磨干净，焊接件的焊接面见金属光泽，当环境温度低于5℃时，需要焊前采取预热措施，预热温度100～150℃。拼装时检查拼装间隙，保证拼装间隙≤2mm，有利于保证焊接质量，采用焊接小车施焊时，要保证轨道的平直，防止焊偏。

拼装时采取定位焊焊接，焊缝长度为30～50mm，间距300～500mm，定位焊应距焊缝端部30mm 以上，焊角尺寸4～5mm；定位焊不能出现裂纹、夹渣、气孔、焊瘤等缺陷；定位焊采用CO2气保焊。

2.2 焊接参数及相关事项

2.2.1 焊接参数

CO2气保焊焊接参数主要包括电流、电压、焊接速度、气流量等。焊接电流参数的选择准则主要是依据材料的板厚、熔深、焊材规格，电压一般依据电流值的匹配，具体焊接时会做一些微调，焊接速度一般根据电流大小、坡口形式等选择，过快易造成未熔合或焊缝成形不规则，过慢会造成焊道较高。由于是薄板，为了减小焊接变形，经过试验验证，采用较小的热输入，焊材选用∅1.2mm 的ER50—6 焊丝；焊接方法：CO2气体保护焊，极性：直流反接；干伸长：12～18mm；平焊、横焊：焊接电流220～240A，电弧电压26～28V，气体流量：15～25L/min，焊接速度：350～450mm/min；立焊：焊接电流140～160A，电弧电压17～24V，气体流量：15～25L/min，焊接速度：120～200mm/min。

2.2.2 相关事项

1）不准在焊缝以外的母材上起弧。

2）多层多道焊时，各道之间的氧化皮、焊瘤要打磨干净。

3）焊接时，控制道间温度，道间温度≤300℃。

4）焊后对焊后进行修磨。

5）施焊过程中，若发现焊缝出现裂纹应及时告知技术人员，根据开裂原因制定返修方案。

3 搅拌轴的制造

在搅拌轴的法兰上画线拼上圆棒，拼成组件，然后焊好，再对搅拌轴法兰组件粗加工，待搅拌轴整体焊好后再进行精加工。测量无缝管的长度后，采用直角尺拼装无缝管与搅拌轴法兰，保证法兰与无缝管的垂直度并焊好。划出叶片大支腿的位置线，拼焊大支腿，按照图纸角度拼焊叶片小组件，焊后采用工装整体加工搅拌轴的法兰端面，保证其同轴度，对外观进行修磨，如图1 所示。

图1 加工后的搅拌轴法兰端面

4 砂浆罐框架的制造

调平特制的拼装平台，打磨平台上的焊瘤，清扫飞溅及杂物，保证平台的平面度每平方米小于1mm，整体不平度小于3mm。在拼装平台上划出长度两端立筋板的拼装位置线，采用直角尺保证立筋板与拼装平台垂直。

在平台上画线拼装框架宽度两侧的立筋板，保证与拼装平台垂直；在立筋板外侧增加型钢支撑，减少焊接变形，保证平面度；将搅拌轴整体放入，立筋板内侧的上下两端均匀布置支撑；然后拼装上弧板，见图2。

图2 砂浆罐框架

在弧板上画线，利用工装火焊割弧板上的孔，拼装框架附件，对框架内部、外部进行整体施焊，采用合理的焊接顺序，减小焊接变形。整体框架形成后，采用工装定位、火割窗孔，由于焊后刚性较强，可减少受热变形，保证孔的尺寸和位置准确性，去除内、外部支撑，并修磨焊缝，最后安装内部管路。

5 砂浆罐整体的组焊、安装

将砂浆罐框架放在拼装平台上，从框架宽度两侧测量距离使法兰居中，从底部引线至图纸尺寸位置，通过画线确定法兰在罐体上的位置，拼焊好法兰。将前、后轴的总成吊起，通过调节后轴长度，实现前、后轴总成与搅拌轴三者的无缝对接；将三者栓接在一起，螺栓拧紧。砂浆罐搅拌轴与两端的支撑座、驱动法兰组焊时，打表检测检测搅拌轴的圆跳动及驱动法兰端面跳动量，焊接时旋转搅拌轴，多层多道焊接，每一条焊缝都必须一层一层的焊接，不允许同一条焊缝的部分位置焊了很多层；焊接后再次检测搅拌轴的圆跳动及驱动法兰端面跳动，通过调整栓接位置，并增加垫片保证同轴度要求。

6 结语

1）通过焊前准备，完成搅拌轴法兰的粗加工，保证了拼装的基准，拼焊完大支腿、叶片后，再整体对搅拌轴进行加工，保证了搅拌轴法兰与轴体自身的垂直度。

2）采取合理的焊接方法，制定恰当的焊接参数，通过采用合理的拼装、焊接顺序，选择恰当的防变形方法，快速、准确地完成了砂浆罐框架的制造，避免了矫正，保证了效率。

3）通过调整搅拌轴与前、后轴总成的栓接位置，并在对应的位置增加垫片，满足设计同轴度要求，高效、低成本完成砂浆罐整体的组焊、安装。