CN103008847B

CN103008847B - 一种内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺

Info

Publication number: CN103008847B
Application number: CN201210565464.8A
Authority: CN
Inventors: 邱友胜
Original assignee: CSR Ziyang Locomotive Co Ltd
Current assignee: CRRC Ziyang Co Ltd
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-12-24
Also published as: CN103008847A

Abstract

本发明公开了一种内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，包括以下步骤：1）设计焊接坡口；2）预热；3）正式焊接；4）清理及封头焊；5）退火；6）修形及射线探伤。本发明所述工艺，克服了传统工艺中的难点，解决了工艺要求、预热、焊接裂纹及曲轴变形、焊后热处理以及探伤误差等诸多问题，焊接技术起点高，达到平衡块焊接的高质量要求，可以实现一系列机车柴油机曲轴的国产化,扩大了曲轴生产和运用的空间。

Description

一种内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺

技术领域

本发明涉及发动机部件焊接工艺，特别是内燃机车发动机的曲轴平衡块的焊接工艺。

背景技术

发动机曲轴是发动机中最主要的部件之一，其成本占发动机总成本的60％以上，曲轴在使用时，曲轴的连杆轴颈与活塞连杆进行连接，将活塞连杆的上下运动转变为主轴的转动，曲轴在转动时因为是将活塞连杆的上下运动转化为主轴的旋转运动，因此，在连杆以及曲轴臂的重力作用下，容易导致曲轴的转动速度不平稳，容易发生震荡，加速曲轴的损坏，产生较大的噪音，而且输出的动力不稳定。所以曲轴平衡块对于减少发动机振动、安全稳定运行具有重要作用。

我国内燃机车发动机曲轴平衡块的连接在结构设计上一直采用螺栓连接方式，没有采用焊缝连接的结构。在二十世纪八十年代到九十年代期间，我国仅仅有一到二个原铁路企业在路段要求为ND5机车提供曲轴配件时，多次尝试带六块平衡块的ND5曲轴(材质：35CrMo)的焊接工艺试验，由于企业焊接工艺技术水平原因达不到平衡块焊接的高质量要求，均以失败告终，无法进行正式生产。

国外内燃机车发达国家如美国，其设计的内燃机车曲轴平衡块与曲轴的连接方式大多采用焊缝连接方式，美国大量使用的EMD公司的ND5机车就采用其国民锻造公司生产的带六块焊接平衡块的曲轴。从实物解剖看，平衡块焊缝存在着一定数量的(如：气孔等)体积缺陷，其焊接质量不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机曲轴平衡块焊接工艺，克服传统工艺中的一些难点，解决了工艺要求、预热、焊接裂纹及曲轴变形、焊后热处理以及探伤误差等诸多问题，焊接技术起点高，达到平衡块焊接的高质量要求，可以实现一系列机车柴油机曲轴的国产化,扩大了曲轴生产和运用的空间。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，包括以下步骤：

1)设计焊接坡口：

平衡块工艺坡口采用带钝边双J+V的坡口形式：根部R＝15～25mm、坡口面角度α₁＝25°～35°、α₂＝50°～55°、H＝20～25mm、钝边厚度p＝3～4mm；在平衡块两端同尺寸加工出L＝10～15mm、宽度B＝15～20mm的引、熄弧端；

2)预热：

进加热炉进行整体预热到300～350℃，保温1.5～2小时，出炉后立即上胎焊接；

3)正式焊接：

平衡块沿曲轴轴向、圆周方向对称地组装，两人同时对称地焊接平衡块；焊接电流≯300A，焊接电压≯34V；多层多道焊，单道焊缝要求：宽度10-13mm,厚度4-6mm，直线焊接不摆动；

每层第一道均先焊接近曲轴本体部位的焊缝，避免电弧直接指向曲轴本体，控制本体化学成分过多地进入焊缝中，控制熔合比在50％以内，同层焊缝后续焊道依次向平衡块方向进行，每块平衡块先焊接正面的1/3厚度后翻转焊接反面焊缝，最后再翻转焊接正面余下部分，每道焊缝焊接完毕，立即清理焊接部位的渣皮，并释放焊接应力；每道焊缝焊接后，均需检查焊接质量，不合格时，必须进行返修处理，不允许未处理直接焊接下一焊道；

4)清理及封头焊：

每块平衡块焊接完毕，保持焊接处温度200～300℃，立即用碳弧气刨方法将平衡块两端的引、熄部位刨除干净；立即，用砂轮打磨光洁后，采用手工焊或CO₂方法对刨除部位进行横向封头焊；

5)退火：

焊接完毕，要求4小时内进行整体进炉退火处理：退火温度为600±20℃，保温时间为3～4小时；

6)修形及射线探伤：

退火后，对焊缝进行打磨、修形，清除表面易见的缺陷，并进行射线探伤。

优选地，步骤3)中平衡块组装间隙为1～2mm；采用G4Si1/ER50-6焊丝的MAG焊方法。

步骤3)中每层第一道焊缝焊接电流为200A-220A，焊接电压25-27V；其余焊缝焊接电流220-250A，焊接电压27-30V。

步骤3)中焊接过程中，保持层间或道间预热温度不低于200℃，若低于该温度，对焊接处及附近150mm范围加热到230-250℃。

步骤3)中，层/道间温度控制为200℃～300℃；每块平衡块焊接后对焊缝及两侧(≮100mm)及时后热处理：温度350～400℃，保温时间为30Min；同时对焊缝采用石棉布包扎保温缓冷。

步骤6)中，对焊缝进行打磨、修形后，检查表面状况，控制磨痕深度≯0.2mm。

步骤1)是解决焊接坡口设计无法保证焊接工艺的技术：

在平衡块两端预设引、熄弧端，避免引、熄部位的焊接缺陷发生在平衡块焊缝内，从根部上解决了焊接工艺无法满足质量要求的问题。

步骤2)、3)是解决预热的技术：

采取整体预热的方案，出炉后立即上胎焊接。

正式焊接时，层/道间温度：200℃～300℃。每块平衡块焊接后对焊缝及两侧(≮100mm)加热到350～400℃×30Min，进行及时后热处理。同时对焊缝要求用石棉布包扎保温缓冷。

这是从预热技术等热处理机制上解决了焊接裂纹问题。

步骤3)也是具体的焊接操作技术：

采取沿曲轴轴向、圆周方向对称地组装，两人同时对称地焊接平衡块；保证组装间隙为1～2mm，采用G4Si1/ER50-6焊丝的MAG焊方法；焊接电流≯300A，焊接电压≯34V；多层多道焊，直线焊接不摆动；每层第一道均先焊接(焊接电流为200A-220A,焊接电压25-27V)近曲轴本体部位的焊缝并依次向平衡块端进行(焊接电流220-250A，焊接电压27-30V)；避免电弧直接指向曲轴本体，严格控制曲轴本体成分熔化后进入焊缝的比例，控制熔合比在50％以内，以达到减少稀释率的目的；每块平衡块先焊接正面的1/3厚度后翻转焊接反面焊缝，最后再翻转焊接正面余下部分。焊接过程中，保持层间或道间预热温度不低于200℃，若低于该温度，通过氧乙炔焰等方式对焊接处及附近150mm范围加热到200-250℃。每道焊缝焊接完毕，立即清理焊接部位的渣皮等，并释放焊接应力；每道焊缝焊接后，均需检查焊接质量，不合格时，必须进行返修处理，不允许未处理直接焊接下一焊道。

稀释率是指：异种金属熔焊或堆焊时，熔敷金属被稀释的程度。用母材或预先堆焊层在焊道中所占的百分比来表征。对焊接质量的影响：在所有电弧焊焊缝中，都有一定数量的熔化母材和填充金属相混合，只有少数焊缝金属成分与母材成分一样，且因焊缝组织的性质有些独特，所以母材被焊缝过多的稀释而引起成分变化，就会影响焊缝金属的性能，从而影响金属焊接性。

以上从焊接操作上解决了焊接裂纹及曲轴变形问题。

步骤4)是解决焊缝两端质量控制的技术。

在平衡块两端预设引、熄弧端，避免引、熄部位的焊接缺陷发生在平衡块焊缝内，每块平衡块焊接完毕，在200～300℃下立即用碳弧气刨将平衡块两端的引、熄弧部位刨除干净；同时，采用焊条电弧焊对刨除部位进行横向封头焊。

这是从焊缝两端的质量控制上解决了焊接裂纹问题。

步骤5)是解决焊后热处理的技术：

焊接完毕，4小时内要求进行整体进炉退火处理(600±20℃、保温3-4小时)。

消除焊接应力、改善组织，避免了焊接延迟裂纹的方式，是从焊后热处理技术的机制上解决了焊接裂纹问题。

步骤6)是解决表面缺陷及避免射线探伤时由于存在表面缺陷产生的误判。

退火后，要求用砂轮等方法对焊缝进行打磨、修形，清除表面易见的缺陷，要求表面光洁、圆滑过渡，确保后续射线探伤的顺利进行。

这是在焊后对焊缝表面的处理上为射线探伤提供可靠的保证。

该工艺还特别要求在用砂轮对焊缝进行打磨、修形后，要求检查表面状况，要求磨痕深度≯0.2mm，这是解决后续加工工序中可能发生裂纹源的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的发动机曲轴平衡块焊接工艺，克服传统工艺中的难点，解决了工艺要求、预热、焊接裂纹及曲轴变形、焊后热处理以及探伤误差等诸多问题，焊接技术起点高，达到平衡块焊接的高质量要求，可以实现一系列机车柴油机曲轴的国产化,扩大了曲轴生产的空间。

附图说明

图1为本发明的焊接工艺坡口示意图；

图2为图1中A-A面的剖视图；

图3为本发明的焊缝层道分布示意图。

其中，α₁α₂坡口面角度，p为钝边厚度，L为引弧端，B为熄弧端，1-20为各层，14-1至14-5为第14层的1至5道，20-1至20-5为第20层的1至5道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

1)设计焊接坡口：

平衡块工艺坡口采用带钝边双J+V的坡口形式：根部R＝15mm、坡口面角度α₁＝35°、α₂＝50°、H＝20mm、钝边厚度p＝3mm；在平衡块两端同尺寸加工出L＝10mm、宽度B＝15mm的引、熄弧端；

2)预热：

进加热炉进行整体预热到330℃，保温1.5小时，出炉后立即上胎焊接；

3)正式焊接：

平衡块沿曲轴轴向、圆周方向对称地组装，平衡块组装间隙为1～2mm；采用G4Si1/ER50-6焊丝的MAG焊方法，两人同时对称地焊接平衡块；焊接电流≯300A，焊接电压≯34V；多层多道焊，单道焊缝要求：宽度10-13mm,厚度4-6mm，直线焊接不摆动；每层第一道均先焊接(电流为200A-220A，焊接电压25-26V)近曲轴本体部位的焊缝，控制本体化学成分过多地进入焊缝中，熔合比为45％，同层焊缝后续焊道依次向平衡块方向进行，焊接电流240-250A，焊接电压28-30V；每块平衡块先焊接正面的1/3厚度后翻转焊接反面焊缝，最后再翻转焊接正面余下部分；焊接过程中，保持层间或道间预热温度为200-230℃。若低于该温度时，需通过氧乙炔焰等方式对焊接处及附近150mm范围加热到230-250℃；每道焊缝焊接完毕，立即清理焊接部位的渣皮等，并释放焊接应力；每道焊缝焊接后，均需检查焊接质量，不合格时，必须进行返修处理，不允许不处理直接焊接下一焊道；

4)清理及封头焊：

每块平衡块焊接完毕，在保持300℃的温度下，立即用碳弧气刨将平衡块两端的引、熄部位刨除干净；同时，采用￠3.2mm的E5016焊条，用焊条电弧焊的方法对刨除部位进行横向封头焊，要求堆焊两层；每块平衡块焊接后对焊缝及两侧(≮100mm)及时后热处理：温度380-400℃，保温时间为30Min；同时对焊缝采用石棉布包扎保温缓冷。

5)退火：

焊接完毕，在2小时内进行整体进炉退火处理：退火温度为600±20℃，保温时间为3小时；

6)修形及射线探伤：

退火后，对焊缝进行打磨、修形，检查表面状况，清除表面易见的缺陷，控制磨痕深度≯0.2mm，并进行射线探伤。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

1)设计焊接坡口：

平衡块工艺坡口采用带钝边双J+V的坡口形式：根部R＝25mm、坡口面角度α₁＝25°、α₂＝55°、H＝25mm、钝边厚度p＝4mm；在平衡块两端同尺寸加工出L＝15mm、宽度B＝20mm的引、熄弧端；

2)预热：

进加热炉进行整体预热到350℃，保温1.5小时，出炉后立即上胎焊接；

3)正式焊接：

平衡块沿曲轴轴向、圆周方向对称地组装，平衡块组装间隙为1～2mm；采用G4Si1/ER50-6焊丝的MAG焊方法，两人同时对称地焊接平衡块；焊接电流≯300A，焊接电压≯34V；多层多道焊，单道焊缝要求：宽度12-13mm,厚度4-5mm，直线焊接不摆动；每层第一道均先焊接(电流为210A-220A，焊接电压26-27V)近曲轴本体部位的焊缝，控制本体化学成分过多地进入焊缝中，熔合比为40％，同层焊缝后续焊道依次向平衡块方向进行，焊接电流220-240A，焊接电压27-29V；每块平衡块先焊接正面的1/3厚度后翻转焊接反面焊缝，最后再翻转焊接正面余下部分；焊接过程中，保持层间或道间预热温度为220-240℃。若低于该温度时，需通过氧乙炔焰等方式对焊接处及附近150mm范围加热到230-250℃；每道焊缝焊接完毕，立即清理焊接部位的渣皮等，并释放焊接应力；每道焊缝焊接后，均需检查焊接质量，不合格时，必须进行返修处理，不允许不处理直接焊接下一焊道；

4)清理及封头焊：

每块平衡块焊接完毕，在保持焊接处260℃的温度下，立即用碳弧气刨将平衡块两端的引、熄部位刨除干净；同时，采用￠3.2mm的E5016焊条，用焊条电弧焊的方法对刨除部位进行横向封头焊，要求堆焊两层；每块平衡块焊接后对焊缝及两侧(≮100mm)及时后热处理：温度360-380℃，保温时间为30Min；同时对焊缝采用石棉布包扎保温缓冷。

5)退火：

焊接完毕，在4小时内进行整体进炉退火处理：退火温度为600±20℃，保温时间为4小时；

6)修形及射线探伤：

实施例3

本实施例包括以下步骤：

1)设计焊接坡口：

平衡块工艺坡口采用带钝边双J+V的坡口形式：根部R＝23mm、坡口面角度α₁＝30°、α₂＝52°、H＝23mm、钝边厚度p＝4mm；在平衡块两端同尺寸加工出L＝15mm、宽度B＝18mm的引、熄弧端；

2)预热：

进加热炉进行整体预热到300℃，保温2小时，出炉后立即上胎焊接；

3)正式焊接：

平衡块沿曲轴轴向、圆周方向对称地组装，平衡块组装间隙为1～2mm；采用G4Si1/ER50-6焊丝的MAG焊方法，两人同时对称地焊接平衡块；焊接电流≯300A，焊接电压≯34V；多层多道焊，单道焊缝要求：宽度10-12mm,厚度4-5mm，直线焊接不摆动；每层第一道均先焊接(电流为205A-215A，焊接电压25.5-26V)近曲轴本体部位的焊缝，控制本体化学成分过多地进入焊缝中，熔合比为38％，同层焊缝后续焊道依次向平衡块方向进行，焊接电流220-240A，焊接电压27-29V；每块平衡块先焊接正面的1/3厚度后翻转焊接反面焊缝，最后再翻转焊接正面余下部分；焊接过程中，必须保持层间或道间预热温度为220-240℃。若低于该温度时，需通过氧乙炔焰等方式对焊接处及附近150mm范围加热到230-250℃；每道焊缝焊接完毕，立即清理焊接部位的渣皮等，并释放焊接应力；每道焊缝焊接后，均需检查焊接质量，不合格时，必须进行返修处理，不允许不处理直接焊接下一焊道；

4)清理及封头焊：

每块平衡块焊接完毕，在保持焊接处200℃的温度下，立即用碳弧气刨将平衡块两端的引、熄部位刨除干净；同时，采用￠3.2mm的E5016焊条，用焊条电弧焊的方法对刨除部位进行横向封头焊，要求堆焊两层；每块平衡块焊接后对焊缝及两侧(≮100mm)及时后热处理：温度350-370℃，保温时间为30Min；同时对焊缝采用石棉布包扎保温缓冷。

5)退火：

6)修形及射线探伤：

质检显示，本发明所述工艺解决了工艺要求、预热、焊接裂纹及曲轴变形、焊后热处理以及探伤误差等诸多问题，焊接技术起点高，达到平衡块焊接的高质量要求。

Claims

1.一种内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)设计焊接坡口：

平衡块工艺坡口采用带钝边双J+V的坡口形式：根部R＝15～25mm、坡口面角度α₁＝25°～35°、α₂＝50°～55°、坡口宽度H＝20～25mm、钝边厚度p＝3～4mm；在平衡块两端同尺寸加工出L＝10～15mm、宽度B＝15～20mm的引、熄弧端；

2)预热：

3)正式焊接：

4)清理及封头焊：

5)退火：

6)修形及射线探伤：

2.如权利要求1所述的内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，其特征在于：步骤3)中平衡块组装间隙为1～2mm；采用G4Si1/ER50-6焊丝的MAG焊方法。

3.如权利要求1所述的内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，其特征在于：步骤3)中每层第一道焊缝焊接电流为200A-220A，焊接电压25-27V；其余焊缝焊接电流220-250A，焊接电压27-30V。

4.如权利要求1所述的内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，其特征在于：步骤3)中焊接过程中，保持层间或道间预热温度不低于200℃，若低于该温度，对焊接处及附近150mm范围加热到230-250℃。

5.如权利要求1所述的内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，其特征在于：步骤3)中，层/道间温度控制为200℃～300℃；每块平衡块焊接后对焊缝及两侧≮100mm及时后热处理：温度350～400℃，保温时间为30Min；同时对焊缝采用石棉布包扎保温缓冷。

6.如权利要求1所述的内燃机车发动机曲轴平衡块焊接工艺，其特征在于：步骤6)中，对焊缝进行打磨、修形后，检查表面状况，控制磨痕深度≯0.2mm。