495HR電鏟鏟桿的飛機(jī)頭與桿體重組焊接工藝

　　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60.4m³，鏟斗通過鏟桿飛機(jī)頭處耳子與電鏟鏟斗頂部耳子通過銷子實(shí)現(xiàn)剛性連接，鏟桿桿體通過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。

　　焊接論文范例：長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊接工藝分析

　　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》94m³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。

　　二 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：

　　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確定桿體的中心線。

　　飛機(jī)頭的上部依照左右對(duì)稱來確定中心線，水平中心線通過圓端面中心點(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。

　　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，通過不斷調(diào)整，將飛機(jī)頭插入到位。

　　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。

　　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。

　　三 焊接工藝

　　焊接過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。

　　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。

　　焊材：美國(guó)赫伯特TM-771藥芯焊絲

　　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)。

　　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，焊接過程中無需停機(jī)，不影響焊接作業(yè)，因?yàn)闊o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。

　　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。

　　焊接：

　　使用一臺(tái)焊機(jī)進(jìn)行打底層焊接，打底層焊接完畢后立即使用風(fēng)動(dòng)扁鏟敲擊焊縫，一方面是有效清除藥皮等焊縫處飛濺等雜物，另一方面是能有效的將焊縫的焊接應(yīng)力得到良好的釋放。如果發(fā)現(xiàn)焊縫發(fā)生裂紋等缺陷，使用角磨機(jī)或直磨機(jī)對(duì)缺陷進(jìn)行磨削清除，在進(jìn)行修補(bǔ)焊接。

　　打底層焊接完畢后，開始使用兩臺(tái)焊機(jī)分別在全位置焊的兩側(cè)進(jìn)行同時(shí)焊接，在焊接起頭時(shí)，兩側(cè)焊接起頭都應(yīng)超過最低點(diǎn)六點(diǎn)鐘位置100mm處起頭，這樣能有效的將焊縫接頭錯(cuò)開，每焊接完一層后，都將對(duì)焊縫出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行處理，比如起頭有高點(diǎn)、有焊溜、氣孔、夾渣等缺陷，都將用角磨機(jī)將缺陷清除，兩側(cè)焊接完每一層后都得用風(fēng)動(dòng)扁鏟對(duì)焊縫進(jìn)行敲擊。

　　全部焊接完畢后，使用Miller preheat-35中頻感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)焊縫進(jìn)行焊后熱處理，等待處理結(jié)束后，溫度降至正�？諝鉁囟群�，利用角向磨光機(jī)對(duì)焊縫余高進(jìn)行打磨處理，消除焊趾避免應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生，使焊縫焊接應(yīng)力分布均勻，細(xì)化焊縫晶粒，減少焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力釋放：

　　釋放焊縫部位形成的焊接應(yīng)力是提高焊接質(zhì)量以及延長(zhǎng)日后鏟桿使用壽命的關(guān)鍵步驟，此次采取了一下幾種消除焊縫焊接應(yīng)力。

　　焊接前對(duì)焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度保持到焊接結(jié)束，焊接結(jié)束后對(duì)焊縫進(jìn)行焊后熱處理，目的在于消除殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒，調(diào)整組織。

　　嚴(yán)格控制焊縫成形過程中的熱輸入線能量，熱輸入值Q=1.5KJ/mm-1.7KJ/mm。焊接過程中，每焊接一道焊縫后必須采用針束風(fēng)動(dòng)扁鏟對(duì)焊縫進(jìn)行敲擊，使焊縫表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，以消除部分的焊縫焊接應(yīng)力。探傷：在焊接完畢焊縫打磨平整后，使用超聲波探傷對(duì)焊縫進(jìn)行超聲探傷，確保焊縫內(nèi)缺陷在要求范圍內(nèi)，無破壞性缺陷，確認(rèn)焊接成功。

　　總結(jié)

　　本次利用報(bào)廢鏟桿重新修復(fù)一件鏟桿的工作中，克服了很多困難，在尺寸校正、焊接、焊前預(yù)熱、焊后熱處理等方面取得了進(jìn)步，不僅提高了維修人員的技能水平，還積累了類似問題的維修經(jīng)驗(yàn)，在以后此類維修工作中具有一定的參考價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]《VRsteel WELD PROCEDURE SPECIFICATION》94m³鏟斗組裝資料。

　　[2]《495HR Operator Manual CHN FINAL-1》495HR電鏟相關(guān)資料。

　　作者：王 鵬

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