CN101412156B - 超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺，主要包含超长空心轴预热焊接螺旋叶片、在螺旋叶片上堆焊耐磨层两项组装焊接工艺和一项堆焊整体退火工艺。该组装焊接工艺采用小孔径管内负压虹吸式供风助燃煤气加热来解决高碳当量材料的预热难题，通过对多种堆焊材料的焊接工艺评定，最终确定了焊接方法、焊接材料及焊接规范，其结果满足了设计要求的耐磨层硬度HRC54～60且为退火以后得到的所需硬度，解决了退火后堆焊产生新的焊接应力难题。本发明取材容易，制作简单，既省时、省力、又降低了成本。

Description

超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及到一种超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺。

背景技术

盾构机上所配置的叶片式螺旋轴属于空心超长体焊接结构件，对该类结构件的可焊性一般是从母材的碳当量、结构的拘束度、熔敷金属扩散氢含量等方面进行界定和判断。结构件的制造难易成度往往看的是结构的对称性、刚性、适用焊接方法的自动化程度、劳动强度及作业环境等因素。

对于该类结构件生产的突出问题是：

选用的母材强度高，换句话说是可焊性差，焊前预热是最突出的矛盾，结构不对称，刚性差，不适应焊接工装，生产成本太高，去应力后变形大。

由于行业门槛较高，技术附加值突出、制造工艺复杂，世界上只有德国海瑞克、维尔特，美国罗宾斯、日本三菱、石川岛等几家专业企业能生产，每台机器售价高达400万到700万美元，严重制约了我国生产企业。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺，该组装焊接工艺采用小孔径管内负压虹吸式供风助燃煤气加热来解决高碳当量材料的预热难题，通过对多种堆焊材料的焊接工艺评定，最终确定了焊接方法、焊接材料及焊接规范，其结果满足了设计要求的耐磨层硬度HRC54～60，且为退火以后得到的所需硬度，解决了退火后堆焊产生新的焊接应力难题。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺主要包含超长空心轴预热焊接螺旋叶片、在螺旋叶片上堆焊耐磨层两项组装焊接工艺和一项堆焊整体退火工艺。

所述的超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺，其超长空心轴预热焊接螺旋叶片组装焊接工艺包含以下内容：

1)将螺旋叶片1/2数控下料，通过自制成型胎具热成型后，按设计的管径ΦD×d、长为L的外圆上画出螺旋线并装配各1/2螺旋叶片，采用焊条进行螺旋叶片的定位焊；

2)将待焊空心轴ΦD×d吊放到焊接平台上；

3)取一根Φ20×2.75、L＝5000的钢管，一端插入煤气软管并用铁丝捆扎固定；

4)另取一根Φ20×2.75、L＝5000的钢管，用铁丝将两根钢管平行捆扎在一起；

5)在空心轴一端口附近用明火将煤气点燃后插入ΦD×d的钢管内，插入深度有专人负责，其目的是让空心轴总长的1/2长度范围内受热均匀；

6)用远红外测温仪检测空心轴预热温度，当温度达到120～160℃后电焊工开始对螺旋叶片与空心轴ΦD×d实施角焊缝焊接，焊接时采用CO₂气体保护焊，焊丝选用ER50—6、Φ1.2实芯焊丝；

7)通过滚动空心轴使焊接位置始终处于横焊位置，在1/2空心轴长度范围均布3～4名焊工，直到完成此部分工作量；

8)将空心轴掉转180°，重复5～7工序，完成整个空心轴上螺旋叶片的焊接；

9)将燃烧的煤气移至距空心轴端500mm位置，关小阀门减少煤气输出量以降低热量输出，使空心轴缓冷，缓冷时间约为3小时；

10)关掉煤气明火，使超长空心轴螺旋叶片冷却至室温。

所述的超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺，其在螺旋叶片上堆焊耐磨层组装焊接工艺是：选用CO₂气体保护焊，焊丝选用ZD310、Φ1.6药芯丝，室温下焊接，焊道宽度8～10mm，搭接量4～5mm，单层焊接厚度2～3mm，最终耐磨层堆焊厚度5mm，焊接电流160～180A，焊接电压22～24v，焊接速度330～400mm/min，层间温度控制在70～80℃。

所述的超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺，其堆焊整体退火工艺是：升温速度50℃/h，退火温度500～550℃，均温时间8～10小时，降温速度50℃/h，出炉温度250℃，退火后最终硬度值控制在HRC55～60。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明解决了超长空心轴管内无法采用火焰预热的问题，采用了小孔径管内负压虹吸式供风煤气加热来解决高碳当量材料的预热难题。

2、本发明取材容易，制作简单，既省时、省力、又降低了成本。

3、本发明能消除结构件的焊接应力，又保证了摩擦面的耐磨性及硬度。

具体实施方式

以盾构机的叶片式螺旋轴该螺旋轴组装焊接工艺为例，其主要设计参数如下：

I、螺旋轴采用直径194mm、壁厚35mm、长度10200mm、材质为45^#钢的管材制作。

II、连续螺旋叶片采用外径696mm，板厚30mm，材质为Q345B的板材制作。

III、在连续螺旋叶片外圆板厚方向堆焊5mm耐磨层，硬度要求HRC554～60。

IV.连续螺旋叶片与螺旋轴焊接后圆柱度不大于5mm。

本发明的组装焊接工艺陈述如下：

一：超长空心轴预热焊接螺旋叶片组装焊接工艺包含以下内容：

1)将螺旋叶片1/2数控下料，通过自制成型胎具热成型后，按设计的管径Φ194×35mm、L＝10200mm的外圆上画出螺旋线并装配各1/2螺旋叶片，采用焊条进行螺旋叶片的定位焊；

2)将待焊空心轴Φ194×35mm吊放到焊接平台上；

3)取一根Φ20×2.75、L＝5000的钢管，一端插入煤气软管并用铁丝捆扎固定；

4)另取一根Φ20×2.75、L＝5000的钢管，用铁丝将两根钢管平行捆扎在一起；

5)在空心轴一端口附近用明火将煤气点燃后插入Φ194×35mm的钢管内，插入深度有专人负责，其目的是让空心轴总长的1/2长度范围内受热均匀；

6)用远红外测温仪检测空心轴预热温度，当温度达到120～160℃后电焊工开始对螺旋叶片与空心轴Φ194×35mm实施角焊缝焊接，焊接时采用CO₂气体保护焊，焊丝选用ER50—6、Φ1.2实芯焊丝；

7)通过滚动空心轴使焊接位置始终处于横焊位置，在1/2空心轴长度范围均布4名焊工，直到完成此部分工作量；

8)将空心轴掉转180°，重复5～7工序，完成整个空心轴上螺旋叶片的焊接；

9)将燃烧的煤气移至距空心轴端500mm位置，关小阀门减少煤气输出量以降低热量输出，使空心轴缓冷，缓冷时间约为3小时；

10)关掉煤气明火，使超长空心轴螺旋叶片冷却至室温。

二、在螺旋叶片上堆焊耐磨层组装焊接工艺是：

选用CO₂气体保护焊，焊丝选用ZD310、Φ1.6药芯丝，室温下焊接，焊道宽度8～10mm，搭接量4～5mm，单层焊接厚度2～3mm，最终耐磨层堆焊厚度5mm，焊接电流160～180A，焊接电压22～24v，焊接速度330～400mm/min，层间温度控制在70～80℃。

三、堆焊整体退火工艺是：

升温速度50℃/h，退火温度500～550℃，均温时间8～10小时，降温速度50℃/h，出炉温度250℃，退火后最终硬度值控制在HRC55～60，焊缝必须满足{GB/T12469}中II级要求，焊缝超声波探伤按《GB11345—89}B级执行，符合II级要求，100％磁粉探伤(MT)检测合格。

Claims (1)

1.一种超长空心轴螺旋叶片的组装焊接工艺，其特征在于：该组装焊接工艺主要包含超长空心轴预热焊接螺旋叶片、在螺旋叶片上堆焊耐磨层两项组装焊接工艺和一项堆焊整体退火工艺；

超长空心轴预热焊接螺旋叶片组装焊接工艺包含以下内容：

1)将螺旋叶片1/2数控下料，通过自制成型胎具热成型后，按设计的管径ΦD×d、长为L的外圆上画出螺旋线并装配各1/2螺旋叶片，采用焊条进行螺旋叶片的定位焊；

2)将待焊空心轴ΦD×d吊放到焊接平台上；

3)取一根Φ20×2.75、L＝5000mm的钢管，一端插入煤气软管并用铁丝捆扎固定；

4)另取一根Φ20×2.75、L＝5000mm的钢管，用铁丝将两根钢管平行捆扎在一起；

5)在空心轴一端口附近用明火将煤气点燃后插入ΦD×d的钢管内，插入深度有专人负责，其目的是让空心轴总长的1/2长度范围内受热均匀；

6)用远红外测温仪检测空心轴预热温度，当温度达到120～160℃后电焊工开始对螺旋叶片与空心轴ΦD×d实施角焊缝焊接，焊接时采用CO₂气体保护焊，焊丝选用ER50-6、Φ1.2实芯焊丝；

7)通过滚动空心轴使焊接位置始终处于横焊位置，在1/2空心轴长度范围均布3～4名焊工，直到完成此部分工作量；

8)将空心轴掉转180°，重复5～7工序，完成整个空心轴上螺旋叶片的焊接；

9)将燃烧的煤气移至距空心轴端500mm位置，关小阀门减少煤气输出量以降低热量输出，使空心轴缓冷，缓冷时间约为3小时；

10)关掉煤气明火，使超长空心轴螺旋叶片冷却至室温；

在螺旋叶片上堆焊耐磨层组装焊接工艺是：选用CO₂气体保护焊，焊丝选用ZD310、Φ1.6药芯丝，室温下焊接，焊道宽度8～10mm，搭接量4～5mm，单层焊接厚度2～3mm，最终耐磨层堆焊厚度5mm，焊接电流160～180A，焊接电压22～24v，焊接速度330～400mm/min，层间温度控制在70～80℃；

堆焊整体退火工艺是：升温速度50℃/h，退火温度500～550℃，均温时间8～10小时，降温速度50℃/h，出炉温度250℃，退火后最终硬度值控制在HRC55～60。