可調(diào)節(jié)式焊角測(cè)量器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 鑫，昝竹青

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

在機(jī)械焊接行業(yè)中，兩個(gè)部件之間的焊縫部分會(huì)有焊接后需手工打磨圓滑并成一定大小圓角的要求，所以在焊接時(shí)會(huì)將焊縫焊接得足夠飽滿，留有手工打磨焊縫成圓角的余量。如焊縫焊接不夠飽滿，則需對(duì)焊縫進(jìn)行多次補(bǔ)焊及打磨，浪費(fèi)大量人力、物力及時(shí)間，并且由于焊縫不夠飽滿，在打磨邊緣焊縫時(shí)可能對(duì)工件本體造成損傷[1]。

目前，對(duì)于焊接后的焊縫焊量檢查，主要通過(guò)樣板比對(duì)及配合焊接工作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，檢查結(jié)果不夠直觀、科學(xué)、準(zhǔn)確，不利于推廣。

1 焊角測(cè)量器結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)介

如圖1所示，兩個(gè)普通工件之間的焊縫，按圖紙要求焊后需打磨成圓R大小形狀，以防止焊接應(yīng)力集中同時(shí)美觀焊縫。實(shí)際在焊接過(guò)程中，需要一層一層的進(jìn)行堆焊，焊后基本是呈現(xiàn)直角形狀的焊縫，用傳統(tǒng)的圓R樣板比對(duì)，需借助經(jīng)驗(yàn)判斷，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出此焊縫是否飽滿。

圖1 普通圓R樣板檢查堆焊后焊縫示意圖

需要設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)直角焊縫測(cè)量的焊角測(cè)量工具，有效檢測(cè)焊縫是否飽滿。圖2即為設(shè)計(jì)的可調(diào)節(jié)式焊角測(cè)量器結(jié)構(gòu)示意圖，由項(xiàng)1和項(xiàng)2兩個(gè)定位板、項(xiàng)3和項(xiàng)4兩個(gè)伸縮板及3組螺栓、螺母、墊片裝配而成。

圖2 可調(diào)節(jié)式焊角測(cè)量器結(jié)構(gòu)示意圖

在螺栓沒(méi)擰緊狀態(tài)下，定位板可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)至合適角度并最終通過(guò)螺栓固定位置，兩個(gè)伸縮板通過(guò)在腰形孔中滑動(dòng)，可調(diào)節(jié)至合適角度及長(zhǎng)度后通過(guò)螺栓固定位置。

焊角測(cè)量器通過(guò)調(diào)節(jié)定位板、伸縮板位置，精確模擬出兩個(gè)工件及其焊角的相對(duì)位置關(guān)系，與需要焊縫打磨后形成圓R相同大小的圓形樣板進(jìn)行比對(duì)，判斷焊角是否飽滿。

2 焊角測(cè)量器的應(yīng)用

以對(duì)某水輪機(jī)混流式轉(zhuǎn)輪為例說(shuō)明應(yīng)用本焊角測(cè)量器對(duì)焊縫進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程：該轉(zhuǎn)輪葉片與下環(huán)兩個(gè)部件焊接后，要求焊縫需要打磨至R40形狀。在打磨前，需對(duì)堆焊后的焊縫是否足夠飽滿，留有打磨至R40圓角的堆焊余量進(jìn)行檢測(cè)。

如圖3所示，將項(xiàng)1、項(xiàng)2定位板的定位面與葉片、下環(huán)表面型線貼緊后，擰緊項(xiàng)5螺栓；伸縮板在項(xiàng)6螺栓未擰緊前，將焊角測(cè)量器向焊角側(cè)移動(dòng)，通過(guò)項(xiàng)6螺栓在腰形孔中滑動(dòng)，調(diào)節(jié)焊角測(cè)量器的使用角度及長(zhǎng)度。當(dāng)兩個(gè)定位板尖點(diǎn)位置均接觸到焊縫邊緣，同時(shí)兩個(gè)定位板底邊緣分別與葉片和下環(huán)表面貼緊后，通過(guò)項(xiàng)6螺栓擰緊固定伸縮板。

圖3 焊角測(cè)量器使用示意圖

后將固定好的焊角測(cè)量器取下，放在與打磨焊縫圓角尺寸相同的半徑為R40圓形樣板上，如圖4所示。用項(xiàng)1定位板和項(xiàng)2定位板定位平面的2個(gè)外側(cè)尖點(diǎn)對(duì)齊圓形樣板的外圓，觀察定位平面與圓形樣板的位置關(guān)系。如出現(xiàn)圖4中所示情況，項(xiàng)1定位板和項(xiàng)2定位板覆蓋了對(duì)齊后的圓形樣板外圓，說(shuō)明焊縫焊接的足夠飽滿，滿足后序打磨R40圓角需求。

圖4 焊縫飽滿狀態(tài)

如對(duì)齊后的圓形樣板外圓突出于項(xiàng)1定位板和項(xiàng)2定位板的定位平面，如圖5所示，說(shuō)明焊縫焊接的焊量不夠。因?yàn)楹附菧y(cè)量器實(shí)際模擬了焊角與葉片、下環(huán)的相對(duì)位置關(guān)系，R40樣板代表焊縫最終需要磨成的形狀。當(dāng)測(cè)量器定位面不能包容圓形樣板輪廓，則說(shuō)明此時(shí)的焊縫焊量不滿足打磨R40圓角尺寸的要求，應(yīng)立即對(duì)焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊，如繼續(xù)打磨，則會(huì)對(duì)部件本體造成損傷。

圖5 焊縫不飽滿狀態(tài)

3 焊角測(cè)量器的驗(yàn)證

在成功應(yīng)用于混流式轉(zhuǎn)輪葉片焊縫檢測(cè)后，為驗(yàn)證此焊角測(cè)量器檢查焊縫是否飽滿的結(jié)果成功率，分別在豐滿電站水輪機(jī)、緊水灘電站水輪機(jī)、云峰電站水輪機(jī)、映秀灣電站水輪機(jī)、白山電站水輪機(jī)，共60個(gè)混流式轉(zhuǎn)輪葉片對(duì)其焊后的焊縫是否飽滿進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，具體過(guò)程為：

(1) 以上5個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片焊后的焊縫，均需手工打磨成一定圓R形狀，以防止焊接應(yīng)力集中。

(2) 在60個(gè)葉片焊接完成后，按上述檢測(cè)方法使用焊角測(cè)量器對(duì)葉片焊后的焊縫進(jìn)行檢查，對(duì)于檢測(cè)出為不飽滿焊縫位置，在葉片對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記并記錄。

(3) 使用打磨工具對(duì)葉片焊縫進(jìn)行打磨，在打磨至圖紙要求的圓R大小時(shí)，使用R尺寸為1∶1的圓R樣板與焊縫進(jìn)行比對(duì)，如焊縫圓滑且焊縫與下環(huán)、葉片相接位置無(wú)明顯凹坑的光順過(guò)渡狀態(tài)，則可以判斷之前的焊縫為飽滿焊縫。

(4) 當(dāng)打磨后焊縫或焊縫邊緣(與葉片、下環(huán)相接處)出現(xiàn)明顯凹坑，則為問(wèn)題焊縫，需要對(duì)凹坑位置進(jìn)行補(bǔ)焊并再次打磨光順[2]。造成上述現(xiàn)象分別有以下兩種原因?qū)е拢?/p>

第一，此焊縫為打磨之前測(cè)量器檢測(cè)標(biāo)記出來(lái)的不飽滿焊縫，打磨后自然會(huì)形成凹坑；

第二，手工打磨焊縫時(shí)未按規(guī)章要求操作，使之前檢測(cè)本為飽滿的焊縫出現(xiàn)凹坑狀態(tài)，成為問(wèn)題焊縫。

(5) 對(duì)最終焊縫不飽滿需要補(bǔ)焊的位置進(jìn)行標(biāo)記，并與之前焊角測(cè)量器的檢查記錄進(jìn)行對(duì)比分析，列出此焊角測(cè)量器檢測(cè)數(shù)據(jù)表，并得出結(jié)果如下：

① 在焊接后檢測(cè)為不飽滿的焊縫，98%檢測(cè)準(zhǔn)確，打磨后焊縫或其邊緣基本均出現(xiàn)大小程度不等的凹坑現(xiàn)象，需要后續(xù)大量補(bǔ)焊打磨處理，只有2%的焊縫符合要求無(wú)需補(bǔ)焊。

② 在焊接后檢測(cè)為飽滿的焊縫，81%檢測(cè)準(zhǔn)確打磨后無(wú)需補(bǔ)焊，19%的焊縫是由于手工打磨誤操作存在凹坑，但此種凹坑深度一般較小，后序補(bǔ)焊量也相應(yīng)減少，或通過(guò)1∶50比例順磨即可去除凹坑，修復(fù)造成的工時(shí)、材料成本相對(duì)不飽滿焊縫較少。

(6) 根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出，焊角測(cè)量器檢測(cè)焊縫不飽滿的結(jié)果非常準(zhǔn)確，可以進(jìn)行推廣使用，節(jié)約后序大量的工時(shí)、材料修復(fù)成本。樣板數(shù)據(jù)如圖6。

圖6 五個(gè)水電項(xiàng)目使用焊角測(cè)量器檢測(cè)數(shù)據(jù)

檢測(cè)焊縫飽滿結(jié)果之所以略低， 是手工打磨誤操作導(dǎo)致，因?yàn)閷儆谌藶橐蛩?，無(wú)法完全避免。但通過(guò)對(duì)操作者實(shí)際打磨過(guò)程跟蹤、分析，總結(jié)出如下改進(jìn)措施及建議，可極大程度避免誤操作的出現(xiàn)，從而可進(jìn)一步提高焊角測(cè)量器飽滿焊縫驗(yàn)證率：

① 在轉(zhuǎn)輪制造生產(chǎn)安排中，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)輪打磨焊縫工序留有較長(zhǎng)生產(chǎn)周期，使操作者有充足時(shí)間可以細(xì)致的打磨焊縫，避免因工期過(guò)緊過(guò)量打磨焊縫使之成為問(wèn)題焊縫。

② 不能因?yàn)樽非笮?，打磨工具選用尺寸大于圓R的砂輪片進(jìn)行打磨焊縫，因極易將焊縫打磨過(guò)量；應(yīng)選用小于圓R尺寸的砂輪片進(jìn)行打磨。

③ 打磨過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)使用圓R樣板比對(duì)焊縫余量狀態(tài)，根據(jù)余量大小及時(shí)調(diào)整打磨頻率、磨量、砂輪片尺寸，可有效避免焊縫過(guò)量打磨情況的出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于各生產(chǎn)領(lǐng)域，焊接的質(zhì)量及后序清理打磨要求逐漸提高，本焊角測(cè)量器的成功設(shè)計(jì)應(yīng)用，因其可調(diào)節(jié)性，可適用于檢查判別多種工件焊接中。有打磨要求的焊角焊量是否飽滿，直觀準(zhǔn)確，操作便捷，有較大的應(yīng)用及推廣空間。