軋機(jī)聯(lián)軸器主傳動(dòng)軸的裝配焊接工藝研究

肖德政，段世新，權(quán)建軍

(中信重工機(jī)械股份有限責(zé)任公司焊接工藝研究所，河南 洛陽 471039)

0 前言

軋機(jī)聯(lián)軸器的主傳動(dòng)軸由五部分組成，即法蘭、鋼管1、鋼管2、中間段和套筒，如圖1所示。凈質(zhì)量21 622 kg，材質(zhì)均為35CrMo。主傳動(dòng)軸的四條環(huán)縫焊后需保證兩端內(nèi)孔的軸線同軸度小于等于1 mm（主傳動(dòng)軸的內(nèi)孔焊后不再加工），且所有對(duì)接焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內(nèi)全熔透，焊后焊縫超聲波探傷應(yīng)符合GB/T11345中B類Ⅰ級(jí)執(zhí)行，磁粉探傷應(yīng)符合JB/T4730中Ⅱ級(jí)。

1 制作難點(diǎn)分析

1.1 保證兩端內(nèi)孔軸線同軸度小于等于1mm

裝焊前法蘭的端部齒形及其余各面已加工到圖紙尺寸；鋼管1、鋼管2已加工成形，焊后不再加工；焊后僅加工中段軸、套管外圓及套管右端面，中段軸外圓5 mm加工余量，套管外圓7.5mm加工余量。采取適當(dāng)?shù)难b焊順序和方法控制焊接變形，保證同軸度。

1.2 焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內(nèi)全熔透

35CrMo鋼的碳當(dāng)量值Ceq=0.72%，其化學(xué)成分與機(jī)械性能如表1、表2所示。由此可見，該種材料的焊接性不良，其碳含量高，合金元素多，焊接時(shí)其淬硬傾向較大，焊后熱影響區(qū)產(chǎn)生脆硬的馬氏體，導(dǎo)致熱影響區(qū)熱裂和冷裂傾向較大。因此，需在鋼管壁厚90mm范圍全熔透，且滿足探傷要求有一定難度。

表1 35Cr Mo的化學(xué)成分（JB/T6396-92） %

2 裝焊順序的確定

圖1 結(jié)構(gòu)示意

表2 35Cr Mo的力學(xué)性能（JB/T6396-92）

從中間向兩端分段裝焊，即：先將中間段和與其相鄰的鋼管裝配在一起，焊前調(diào)整到軸兩端的內(nèi)孔同軸度小于等于0.5 mm后，焊接中間段與其相鄰件的兩道環(huán)縫；焊后再裝主傳動(dòng)軸的一端法蘭，調(diào)整此狀態(tài)下的軸兩端同軸度小于等于0.5 mm后焊接軸與法蘭的焊縫；最后裝焊另一端頭的套管，焊接前先調(diào)整套管與其他件之間的同軸度小于等于0.5 mm后，焊接套管與相鄰件的焊縫。

3 焊接坡口設(shè)計(jì)

由于產(chǎn)品要求所有對(duì)接焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內(nèi)全熔透，焊后焊縫超聲波探傷應(yīng)符合GB/T11345中B類Ⅰ級(jí)執(zhí)行，磁粉探傷應(yīng)符合JB/T4730中Ⅱ級(jí)；且主傳動(dòng)軸的內(nèi)徑僅φ685，所有環(huán)縫的內(nèi)側(cè)清根無法實(shí)現(xiàn)。為確保全熔透，所有環(huán)縫的坡口形式設(shè)計(jì)為插接結(jié)構(gòu)，坡口形式如圖2所示。

圖2 坡口形式

所選坡口形式具有以下特點(diǎn)：（1）坡口底部5 mm深的止口，能夠保證焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內(nèi)全熔透；（2）插接結(jié)構(gòu)的坡口形式，相當(dāng)于在對(duì)接坡口的底面加了一個(gè)襯墊（20 mm厚），以防止焊接過程中焊縫在根部擊穿。

4 焊接方法與焊接材料選擇

4.1 焊接方法

坡口根部先用氣體保護(hù)焊打底，右側(cè)接口處焊角尺寸不小于10 mm，然后埋弧自動(dòng)焊填充和蓋面。

4.2 焊接材料選用

根據(jù)焊縫與母材相匹配的原則，打底焊采用φ1.2 mm的SM700焊絲，填充和蓋面選用φ4.0 mm的GHM70焊絲和焊劑GM70，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表3～表6所示。

表3 SM700熔敷金屬化學(xué)成分 %

表4 SM700熔敷金屬機(jī)械性能

表5 GHM70+GM70熔敷金屬化學(xué)成分 %

表6 GHM70+GM70熔敷金屬機(jī)械性能

4.3 焊接工藝參數(shù)

由于35CrMo碳當(dāng)量高，合金元素多，焊接時(shí)其淬硬傾向較大，焊接性差，焊接時(shí)應(yīng)采用小電流、快速焊，控制熱輸入的線能量在20 kJ以內(nèi)，焊前預(yù)熱250℃～300℃，焊接時(shí)層間溫度不低于250℃，焊后焊縫立即進(jìn)行遠(yuǎn)紅外線退火。具體的焊接工藝參數(shù)如表7所示。

5 裝焊工藝過程

5.1 裝焊工藝連接板1

由于該傳動(dòng)軸的五大部分的材質(zhì)均為35CrMo鋼，焊接性較差，因此在五大部分的相鄰聯(lián)接口處的十字中心線上分別裝焊四塊（一個(gè)端面）工藝連接板1（材質(zhì)為Q235A），共計(jì)裝焊32塊工藝連接板1，工藝連接板1的形狀和裝焊位置如圖3所示。

表7 焊接工藝參數(shù)

圖3 工藝連接板

裝配時(shí)注意“工藝連接板1”的位置一定要在工件截面的四條中心線上，以保證與相鄰工件接口處的“工藝連接板1”的位置減少錯(cuò)邊，確保裝配調(diào)整。由于“工藝連接板1”起著連接和調(diào)整的作用，故必須保證“工藝連接板1”與工件之間的焊縫質(zhì)量，首先需將待焊區(qū)域預(yù)熱到250℃，采用φ1.2 mm的ER50-6焊絲進(jìn)行CO2氣保焊，焊接電流160～180A，電弧電壓22～24 V，焊接速度330～400 mm/min。

5.2 裝配焊接中間段與鋼管1、鋼管2

（1）裝配中間段與鋼管1，調(diào)整兩端同軸度小于等于0.5 mm。

將中間段與鋼管1的接口處的連接板1位置對(duì)齊，并在接口處的連接板1上裝點(diǎn)球墨螺栓，如圖3所示（一個(gè)結(jié)合口共計(jì)4個(gè)球墨螺栓）。在軸兩端架等高塊(等高磁鐵）、拉魚線用卷尺測(cè)量軸體到魚線的距離確定各部彎曲情況，各點(diǎn)測(cè)量值之差控制在0.5 mm以內(nèi)，調(diào)整球面螺栓松緊，利用其收緊及張開力來調(diào)整軸體直線度，鉚工用鋼尺測(cè)量軸體與魚線距離，粗調(diào)各段誤差至0.5 mm以內(nèi)，再用測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行同軸度檢測(cè)，同時(shí)采用球墨螺栓微調(diào)至工件的同軸度小于等于0.5 mm后，裝配并焊接結(jié)合部位處的4塊工藝連接板2，如圖3所示(材質(zhì)為Q235A)。焊接結(jié)合部位處的4塊工藝連接板2時(shí)，為盡可能的減少焊接變形對(duì)同軸度的影響，最好兩名焊工在對(duì)稱位置上同時(shí)對(duì)稱施焊，焊接完畢后趁熱去掉球墨螺栓。

（2）裝配后焊接前工件兩端同軸度的校驗(yàn)。

工藝連接板2焊接牢固后再次用測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行檢測(cè)，查看變形情況，檢測(cè)同軸度小于等于0.5 mm可以施焊。

（3）預(yù)熱、焊接中間管與鋼管1的焊縫。

將工件放置焊接滾輪架上，在開始轉(zhuǎn)動(dòng)后用煤氣對(duì)第一道焊縫進(jìn)行加熱，預(yù)熱溫度滿足大于等于250℃要求后，準(zhǔn)備打底焊，焊接方法：CO2氣體保護(hù)焊打底焊接，打底焊10～15 mm時(shí)，再采用焊接操作機(jī)進(jìn)行埋弧焊填充及蓋面，具體工藝參數(shù)詳見4.3節(jié)。焊接過程中時(shí)刻用測(cè)溫儀監(jiān)控焊縫兩側(cè)溫度，溫度不得低于250℃。

（4）焊接中間管與鋼管1的焊縫的退火。

焊接完成后趁熱割掉工藝連接板1，同時(shí)馬上對(duì)焊縫區(qū)域用履帶式加熱片進(jìn)行遠(yuǎn)紅外退火，退火前中間用千斤頂支撐以防止自重引起的下榻，退火后焊縫冷卻至環(huán)境溫度進(jìn)行超聲波探傷。

（5）退火后再次進(jìn)行同軸度的檢測(cè)。

退火后焊縫探傷合格后再用激光跟蹤儀進(jìn)行同軸度檢測(cè)。

（6）裝焊鋼管2、裝配焊接法蘭和套管的方法與中間段和鋼管1的焊接方法一致。

6 產(chǎn)品檢驗(yàn)

按上述裝配焊接工藝措施，在鋼管壁厚90mm范圍內(nèi)焊縫100%超聲波探傷一次合格，達(dá)到GB11345-89中B類Ⅰ級(jí)，同時(shí)焊縫表面按照J(rèn)B/T4730中Ⅱ級(jí)磁粉檢驗(yàn)合格。

主傳動(dòng)中兩端的同軸度焊后檢測(cè)為0.95 mm，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的主傳動(dòng)軸四條環(huán)縫焊后需保證兩端內(nèi)孔的軸線同軸度小于等于1 mm。

7 結(jié)論

多段拼接軸裝焊時(shí)，尤其是對(duì)于焊接性差的母材，工藝連接板的裝焊方法、多段拼接軸的合理的裝焊順序、采用球面螺栓、磁鐵、魚線等進(jìn)行的粗調(diào)和精調(diào)整以及合理的焊接坡口形式和焊接工藝參數(shù)，最終確保了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)為以后類似產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了可靠技術(shù)支撐。