495HR電鏟鏟桿的飛機(jī)頭與桿體重組焊接工藝

王鵬

摘要：文中簡(jiǎn)要敘述將兩件已經(jīng)報(bào)廢的495HR電鏟鏟桿的飛機(jī)頭與桿體分離，可用部分按照尺寸加工、對(duì)接口加工坡口，主要論述鏟桿的飛機(jī)頭與桿體的對(duì)接校正的方法，圓形焊縫的焊接工藝及措施、應(yīng)力消除措施等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：碳弧氣刨；預(yù)熱；CO2氣體保護(hù)焊；超聲波探傷；Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱機(jī)

引言

BUCYRUS 495HR電鏟是國(guó)家能源哈爾烏素露天煤礦巖石剝離及煤炭開(kāi)采的主要采掘設(shè)備。該電鏟為美國(guó)Bucyrus公司生產(chǎn)的大型單斗采掘設(shè)備，鏟斗容量為60.4m?，鏟斗通過(guò)鏟桿飛機(jī)頭處耳子與電鏟鏟斗頂部耳子通過(guò)銷子實(shí)現(xiàn)剛性連接，鏟桿桿體通過(guò)輔柄連接在電鏟大臂上，鏟桿與輔柄可以做滑動(dòng)動(dòng)作，通過(guò)推壓滾筒帶動(dòng)推壓大繩實(shí)現(xiàn)鏟斗的提拉和下壓動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電鏟挖貨和裝車功能。

一、對(duì)報(bào)廢鏟桿的可用部分進(jìn)行截取

現(xiàn)有報(bào)廢鏟桿兩件，一件為國(guó)產(chǎn)鏟桿，主要是飛機(jī)頭損壞，無(wú)法修復(fù)，但是桿體還能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。另一件為原廠進(jìn)口鏟桿，損壞原因是桿體折斷，但是飛機(jī)頭可用。本著降本增效，節(jié)約成本，決定將兩件報(bào)廢鏟桿拆分后重新組合一件完好鏟桿。

首先，根據(jù)《VRsteel WELD PROCEDURE SPECIFICATION》94m?鏟斗組裝資料的要求，將兩件鏟桿的可用部分定位并劃線，使用碳弧氣刨對(duì)鏟桿切割分離，切記不能使用氧乙炔氣割直接切割分離，因?yàn)檠跻胰睬懈顭彷斎胼^高，會(huì)造成桿體金屬材質(zhì)的過(guò)熱現(xiàn)象，從而使金屬組織發(fā)生改變，造成晶粒粗大等現(xiàn)象，達(dá)不到鏟桿使用力學(xué)性能。

將分離后的桿體和飛機(jī)頭對(duì)接端面進(jìn)行尺寸校正，保證對(duì)接端面平齊，有尺寸偏差的利用碳弧氣刨找平，找平后再用碳弧氣刨將飛機(jī)頭對(duì)接端面制作加工坡口，并將飛機(jī)頭和桿體對(duì)接端面碳弧氣刨過(guò)的表面以及坡口兩側(cè)進(jìn)行打磨出金屬光澤，主要清除碳弧氣刨后的增碳層和鐵銹油污。為了飛機(jī)頭與桿體方便對(duì)接，特制作圓形內(nèi)襯套，襯套為20mm厚鋼板卷制而成，襯套外徑尺寸為桿體內(nèi)徑減50道，長(zhǎng)度為600mm，先將襯套裝入桿體300mm并固定，外露300mm長(zhǎng)度，為飛機(jī)頭對(duì)接時(shí)插入所用。

一、鏟桿的飛機(jī)頭與桿體對(duì)接校正

由于桿體比較大，調(diào)整時(shí)比較難，因此，我們研究將比較長(zhǎng)的桿體作為靜態(tài)狀態(tài)，利用體積較小的飛機(jī)頭做為動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)接桿體，即：

1、先制作兩個(gè)支撐件，支撐件下部是一塊20mm厚鐵板，在鐵板上垂直焊接切割出桿體半徑的立板，將桿體放置在半圓上，使圓柱形的桿體放置平穩(wěn)，在桿體圓端面的中心點(diǎn)做水平和垂直線，利用水平線和垂直線來(lái)確定桿體的中心線。

2、飛機(jī)頭的上部依照左右對(duì)稱來(lái)確定中心線，水平中心線通過(guò)圓端面中心點(diǎn)水平線和飛機(jī)頭卡箍耳子做水平中心線，以此確定飛機(jī)頭垂直中心線和水平中心線。

3、使用30噸叉車從飛機(jī)頭前端將飛機(jī)頭叉起，利用叉車的上升下降、前傾后傾、左移右移功能將飛機(jī)頭調(diào)整到水平位置，將飛機(jī)頭的垂直中心線對(duì)齊桿體的垂直中心線，向前移叉車進(jìn)行對(duì)接，利用叉車的怠速進(jìn)行前移，使襯套插入飛機(jī)頭圓孔內(nèi)，因?yàn)椴孳囻{駛室內(nèi)視線受阻，無(wú)法看清對(duì)接情況，需要人員在對(duì)接處仔細(xì)觀察，對(duì)叉車司機(jī)進(jìn)行指揮，通過(guò)不斷調(diào)整，將飛機(jī)頭插入到位。

4.飛機(jī)頭與桿體對(duì)接到位后，使用紅外線水平儀對(duì)鏟桿的角度進(jìn)行校正，首先，先調(diào)整垂直中心線，利用紅外線一根直線的原理，通過(guò)叉車左移右移將飛機(jī)頭的垂直中心線與桿體的垂直中心線調(diào)整在一條直線上，即與紅外線重合。在利用叉車的上下功能來(lái)調(diào)整飛機(jī)頭與鏟桿的水平中心線，垂直中心線和水平中心線調(diào)整好后，即鏟桿尺寸找正。

5.尺寸找正后，使用丙烷加熱固定點(diǎn)焊接處，溫度150℃以上，使用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行固定焊，因?yàn)楣潭ê更c(diǎn)在后期的正式焊接中不去除，所以固定焊必須按照正式焊接要求焊接，固定焊焊接完成后，還需將固定焊的兩端使用角磨機(jī)打磨出斜坡，以提高后期焊接接頭時(shí)的接頭質(zhì)量，避免出現(xiàn)未焊透、夾渣等缺陷。固定焊為三點(diǎn)，分別為六點(diǎn)位置、十點(diǎn)位置、兩點(diǎn)位置，固定焊長(zhǎng)度為200mm，采用多層多道焊接，焊接三層至四層，以保證固定剛性。在固定焊完成后，在使用紅外水平儀對(duì)鏟桿的垂直中心線和水平中心線在進(jìn)行復(fù)檢，確保在固定焊時(shí)未發(fā)生尺寸變化。

二、焊接工藝

焊接過(guò)程中涉及到焊接位置、均勻分布焊接應(yīng)力、控制預(yù)熱溫度和焊縫層間溫度、高質(zhì)量焊接、高焊接效率等問(wèn)題。鏟桿屬于大直徑大厚度的鋼管焊接，（厚度為80mm直徑900mm），根據(jù)BUCYRUS公司提供的焊接工藝并結(jié)合焊接495HR電鏟行走支架裂紋焊接經(jīng)驗(yàn)制定出詳細(xì)的焊接工藝。

1、焊接方法：CO2氣體保護(hù)焊焊接，全位置焊接，采用多層多道焊接方法。

2、焊材：美國(guó)赫伯特TM-771藥芯焊絲

3、焊接設(shè)備及焊接參數(shù)：使用Miller Dimension.TM.812焊機(jī)及配套移動(dòng)送絲機(jī)，用純度高于99.95%的CO2氣體為焊接保護(hù)，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

4.焊前預(yù)熱與焊后熱處理：合理選擇焊前預(yù)熱、焊后熱處理是大型結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)的重要工藝步驟。此次為厚壁圓形焊道，焊道為全位置焊接，非常適合使用Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱設(shè)備是無(wú)熱源加熱，被加熱工件溫度提升均勻，設(shè)定好加熱溫度后可以在焊接全程保持恒溫，焊接過(guò)程中無(wú)需停機(jī)，不影響焊接作業(yè)，因?yàn)闊o(wú)熱源加熱，所以對(duì)人員不會(huì)產(chǎn)生熱影響，Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱設(shè)備加熱設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用輕便，只需在焊縫兩側(cè)150-200mm范圍內(nèi)，將Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱設(shè)備加熱導(dǎo)管均勻的纏腰在焊縫兩側(cè)，只需纏繞三圈以上即可。（見(jiàn)圖3）焊接前將Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱設(shè)備設(shè)定為焊前預(yù)熱模式，預(yù)熱溫度為230℃，升溫時(shí)間為2小時(shí)，預(yù)熱溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后保持恒溫，并保持整個(gè)焊接作業(yè)過(guò)程，焊接層間溫度控制在300℃以內(nèi)，待焊接完成后，將Miller preheat-35加熱設(shè)備設(shè)定為焊后熱處理模式，加熱溫度設(shè)定為290℃并保持兩小時(shí)隨后降溫處理，降溫時(shí)間為6小時(shí)，以達(dá)到緩冷的目的。