液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的異種鋼材焊接

李其生

（廣州市博潤化工有限公司，廣東廣州 510700）

1 工程簡介

廣州鋁制品廠的主要產(chǎn)品，是卷筒式薄鋁板，批量很大，主要銷售出口。以往包裝通過10噸行車吊裝，沒有翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。垂直雙向包裝打帶很困難，而且不安全。流水生產(chǎn)線上包裝速度慢，嚴(yán)重影響生產(chǎn)率的提高。

該廠進(jìn)行技術(shù)改造，需要幾臺(tái)10 t翻轉(zhuǎn)機(jī)。要求翻轉(zhuǎn)重量10 t，卷筒最大直徑1 200mm、寬度 1 200mm，要求電控PLC，雙缸液壓操作，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用SUS304不銹鋼板，機(jī)架和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，盡量采用槽鋼結(jié)構(gòu)，以達(dá)到整機(jī)重量輕、強(qiáng)度高、美觀實(shí)用的目的。卷筒料液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)，機(jī)械部分如圖1。機(jī)架部件由槽鋼和鋼板組焊而成，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由不銹鋼板，槽鋼組焊而成。焊接要求高，需達(dá)到足夠的強(qiáng)度，是本機(jī)成敗的關(guān)鍵之一。

圖1 機(jī)械部分

2 可焊性分析

異種鋼材焊接的機(jī)件，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，鋼板均用10 mm的SUS304不銹鋼板；槽鋼選用10#槽鋼，材質(zhì)選用30#鋼，結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

（1）翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)鋼板SUS304，其化學(xué)成份如表1（摘自供應(yīng)商提供的材質(zhì)報(bào)告）。

表1 SUS304化學(xué)成份

表2 30#鋼化學(xué)成份

（2）10#槽鋼的材質(zhì)為30#鋼，其化學(xué)成份如表2〔1〕。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，表1和表2的兩異種鋼金屬的可焊性在良好的范圍內(nèi)。再從機(jī)械性能上看，不銹鋼SUS304屈服點(diǎn)235 MPa/mm；抗拉強(qiáng)度510 MPa/mm。30#鋼屈服點(diǎn)300 MPa/mm；抗拉強(qiáng)度500 MPa/mm。兩種材料的δs和δb較為接近，可焊性好。

圖3 焊接接頭的型式與尺寸

以上分析，只要使用合理的焊接工藝，焊接操作得當(dāng)，可以得到良好的焊接質(zhì)量。

3 焊接工藝

（1）10#槽鋼長寬交集處開坡口50°±5°。如圖3。

（2）清理施焊接口：對(duì)接口內(nèi)外20 mm范圍內(nèi)的油污、油漆、鐵銹等對(duì)焊接有害的物質(zhì)清理干凈，直至還原工件材料本色。

（3）焊接材料的選擇，選用牌號(hào)A102型號(hào)E308-15，規(guī)格為直徑3.2 mm焊條，鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條。

（4）采用手工電弧焊。焊接接頭的型式與尺寸，如圖3。焊縫型式如圖4。

（5）裝備點(diǎn)固焊與組焊成型步驟。

1）首先將翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)底盤即支架10#槽鋼裝配點(diǎn)焊固定。

2）將上述底盤組焊成型：要采取分段，對(duì)稱焊接方法，防止機(jī)架變型。

3）SUS304厚度10 mm不銹鋼板點(diǎn)固于底盤上，然后完成組焊。

4）主軸點(diǎn)固與組焊。

5）SUS304厚度10mm加強(qiáng)板與工件支承板SUS304點(diǎn)固，然后完成組焊。

裝配規(guī)范參數(shù)見表3。

（6）安排有經(jīng)驗(yàn)的持證焊工施焊。

（7）試焊：

圖4 焊接型式

表3 裝配規(guī)范參數(shù)

取10#槽鋼長100 mm，取SUS304鋼板（10 mm）150 mm×150 mm各一件，按上述工藝進(jìn)行試焊，焊后發(fā)現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)問題。

接著，由廠長主持，召開由車間主管和專業(yè)焊接工程師、焊工班長和施焊焊工參加的焊接質(zhì)量分析會(huì)議。在現(xiàn)場針對(duì)焊縫裂紋，對(duì)焊接母材、焊接材料、清理接口的干凈程度、焊接方法、焊接電流等，進(jìn)行了分析，查找原因。工程師認(rèn)為造成裂紋的主要原因可能是焊條的選用不合適。由于A102焊條與A307焊條的化學(xué)成份鉻當(dāng)量、鎳當(dāng)量的含量不同，附表4[2]。

表4 裝范參數(shù)

采用A102焊條焊接焊縫中形成了脆硬的馬氏體組織產(chǎn)生裂紋。而采用A307焊條則在焊縫中會(huì)形成奧氏體+鐵素體雙相組織。經(jīng)統(tǒng)一意見后，再取一對(duì)試樣進(jìn)行施焊，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T983-1995《不銹鋼焊條》規(guī)定，根據(jù)熔敷金屬的化學(xué)成分、焊接位置和電流種類，選用牌號(hào)A307（E309-15）焊條進(jìn)行焊接，結(jié)果焊縫良好，未發(fā)現(xiàn)裂紋和其它缺陷，解決了問題。

（8）翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是本機(jī)焊件的關(guān)鍵件，由SUS304厚度10 mm與30#鋼10#槽鋼，異種鋼材的焊接而成。必須分層焊接，打底層，填充層，最后蓋面層焊接而成。焊接規(guī)范參數(shù)見表5。

4 焊接操作注意事項(xiàng)

（1）焊條的烘干，本機(jī)施焊時(shí)，選用A307（E309-15）焊條，烘干爐調(diào)定相應(yīng)適合的溫度200℃～250℃，進(jìn)行烘干，1小時(shí)烘干水分，放進(jìn)保溫桶內(nèi)使用提取時(shí)用完一支再取一支，以防止焊縫氣孔等缺陷。

（2）整個(gè)試焊過程，焊條與工件的角度保持80°～85°之間，以防止氣孔等缺陷。

（3）注意收弧，將電弧引到坡口處收弧，以防止焊縫凸凹和焊瘤的產(chǎn)生，并用角磨機(jī)處理（打磨）收弧處。

表5 焊接規(guī)范參數(shù)

5 304不銹鋼板與10#槽鋼（異種鋼焊接）

打底層焊接如圖5，盡可能將熔池形成控制成為斜橢圓形。避免出現(xiàn)凸圓形焊縫，因?yàn)橥箞A形焊縫容易形成層間夾渣及溶合不良等缺陷。

打底層的焊接操作，采用滅弧焊或連弧焊操作技術(shù)進(jìn)行施焊。

圖5 打底層焊縫形狀

（1）操作時(shí)，焊工的左手或胳膊最好有依托，以保持身體的穩(wěn)定，引弧點(diǎn)應(yīng)是焊工的正視部位，焊完一根焊條后，焊工需要移動(dòng)一下位置。保持能正視焊縫，焊工上部身體應(yīng)隨電弧同時(shí)向前移動(dòng)。但眼睛仍要與電弧保持一定的距離。

（2）打底層焊接，由于過渡熔滴受重力影響，偏離焊條的軸線，向下傾斜，因此，在短弧施焊的基礎(chǔ)上，焊條保持一定的下傾角70°～80°，如圖6。

圖6 焊條角度

由于焊條的傾斜及上板、下坡口面角度的影響，使電弧對(duì)上板、下坡口面的加熱不均勻；上板受熱較好，下坡口面受熱較差。同時(shí)熔池金屬因受重力作用下墜，極易造成下坡口面熔合不良，甚至冷接。所以，應(yīng)先擊穿下坡口面，使下坡口面擊穿熔孔在前。起焊時(shí)，首先在定位焊縫前10～15 mm處的坡口面上劃擦引弧，然后將電弧迅速回拉到定位焊縫中心部位加熱坡口，當(dāng)見到坡口兩側(cè)金屬即將熔化時(shí)，將熔點(diǎn)金屬送至坡口根部，并壓一下電弧，使熔滴與熔化的定位焊縫和母材金屬熔合成第一個(gè)熔池。當(dāng)聽到電弧的穿透聲時(shí)，表明已形成了明顯可見的熔孔，這時(shí)使焊條與焊件保持一定的斜角，依次在下坡口和上板施焊。施焊時(shí)，電弧不要抬得太高，保持短弧焊接。

（3）更換焊條熄弧前，必須向熔池背面多補(bǔ)幾滴熔滴，然后將電弧拉到側(cè)后方熄弧[2]。更換焊條速度要快，換好后應(yīng)立即在熔池處再引弧，利用電弧的加熱和吹力，重新?lián)舸┫缕驴阝g邊，壓低電弧施焊；或在收尾熔池處，加熱1～2 s，使之熔化，然后立即引弧擊穿焊接，保證根部焊透，接頭光滑。

（4）連弧焊的操作，先在始焊部位的坡口面上引弧，待根部鈍邊熔化后，再將液態(tài)金屬帶到下側(cè)鈍邊，形成第一個(gè)熔池，然后擊穿熔池，并立即采用橢圓形運(yùn)條法運(yùn)條。從坡口上側(cè)向下側(cè)的運(yùn)條速度要慢一些，防止產(chǎn)生夾渣以及保證填充金屬與焊件熔合良好。從下側(cè)向上側(cè)的運(yùn)條速度要快一些，以防止液態(tài)金屬下淌[2]。并盡可能將溶池形成控制成為斜橢圓形，避免出現(xiàn)凸圖形焊縫，因?yàn)橥剐魏缚p容易形成層間夾渣及溶合不良等缺陷。

底層A307（E309-15）不銹鋼焊條按以上方法分段焊接完成后，焊填充層。在填充層焊接之前先用角磨機(jī)修理底層焊接接口，引弧和收弧端用沙輪片打磨至理想接口，其它用鋼絲刷打磨直至把焊皮焊渣清理干凈。認(rèn)真檢查底層有否焊接缺陷，若有缺陷即時(shí)修復(fù)。

填充層的焊接：檢查完底層焊縫有無氣孔、未熔合等焊接缺陷，有焊接缺陷的要進(jìn)行修復(fù)，確保沒有焊接缺陷后即可準(zhǔn)備填充層的焊接，焊接填充層前用鋼絲刷子把底層焊縫刷一遍，測一下焊縫溫度（用紅外線測溫器探測），當(dāng)焊縫溫度下降到60 C°左右開始填充層的焊接。

表6 304不銹鋼板與槽鋼焊接參數(shù)

蓋面層焊接：填充層檢查完合格后用鋼絲刷子將焊縫刷一遍，測一下焊縫溫度，當(dāng)焊縫溫度下降到60℃左右開始蓋面層的焊接。

焊接方法焊條角度如圖6所示。焊接電流比焊底層稍大100～110 A。焊接速度控制在每分鐘焊5～6 cm長度。速度過快會(huì)造成未焊透、未焊滿；過慢則會(huì)造成咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷。

6 質(zhì)量檢查及結(jié)果

（1）質(zhì)檢部門進(jìn)行外觀檢查，無缺陷，根據(jù)GB/T6147焊縫外觀與內(nèi)在缺陷分級(jí)的規(guī)定[3]、定為Ⅱ級(jí)。焊縫成形，紋路比較一致，呈美觀狀態(tài)，焊縫顏色金黃色。

（2）在質(zhì)管部門組織下，根據(jù)GB/T12467.4-1998焊接質(zhì)量要求[3]，對(duì)整機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行負(fù)載工作檢驗(yàn)，無發(fā)現(xiàn)裂紋，無出現(xiàn)其他問題，符合設(shè)計(jì)要求。

［1］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.

［2］機(jī)械工業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.高級(jí)電焊工技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］機(jī)械工業(yè)技師考評(píng)培訓(xùn)教材編審委員會(huì).焊工［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.