CN103009004B - 高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，它采用预先分段制造出高硬度工作面且变形稳定的单弧轨，在野外施工现场组装；采用变形法实施全程监控和焊接，将分段轨道连接为环形整体轨道。该方法克服了传统方法的不足，保证了整体轨道具有较高精度且焊接接缝处几乎没有连接拉应力。本发明具有连接加工制造简单、精度高、低内应力等优点，可广泛应用于大口径高精度天线、环型起重机旋转轨道等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，适用于重载环型轨道的设计和制造，可广泛应用于大口径天线、环型起重机旋转轨道等领域。
背景技术
目前，大口径测控、深空探测和射电望远镜天线方位旋转轨道多采用有缝连接型式，大型射电望远镜因为其重量巨大，对其方位轨道不仅要求有足够的强度能支撑巨大载荷，而且要求有很高的表面平面度。采用拼接头连接的方法连接，在滚轮越过轨道接缝时，在两段轨道接缝之间会形成高低差台阶，产生附加冲击动力，在轨道接缝边缘产生的很高接触应力，这不仅会使接缝处的钢轨材料容易损坏，还会降低望远镜在轨道上运行的平顺性，影响到望远镜的指向精度。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供的高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，该制造技术提出的单弧形轨道制造、焊前处理、现场硬轨面合金钢焊接、形变法自由焊接及焊后加工等工艺，其突出特点是实现了环型焊接整体轨道高精度，而且具有施工简便、成本低及在连接处几乎没有连接拉应力等特点。
本发明所采用的技术方案为：一种高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，其特征在于包括步骤：
(1)先将环型整体轨道进行整体设计，之后将整体设计的环型整体轨道分为多个单弧轨，并对单弧轨进行设计；
(2)环型整体轨道的每段单弧轨采用42CrMo合金钢进行锻造制成；
(3)每段单弧轨的两端面进行焊接坡口加工，焊接坡口的形式为U形或V形，焊接坡口开向为上开或侧开，焊接坡口深度为轨道高度或宽度的0.3～0.5倍；
(4)对焊接坡口进行打底焊接；
(5)对单弧轨工作面进行垂直中频淬火处理，局部加热校形及稳定时效处理，时效处理温度320℃至380℃；
(6)将每段单弧轨放置在预埋好的地脚螺栓上进行定位和调平；
(7)将备焊的两段单弧轨之一进行固定，另一段单弧轨保持自由状态，进行焊接；随时用百分表监测轨道各方向变形，边焊接边采用锤击形变法和局部热处理法消除焊接应力，控制焊接变形，使变形始终控制在0.1mm～0.2mm范围内；
(8)将已焊接完成的轨道进行固定，将与之相邻的待焊单弧轨保持自由状态，之后进行焊接并按步骤(7)中的方法消除焊接应力和控制焊接变形；
(9)当确定焊接的变形工艺参数后，将其余待焊单弧轨均固定进行焊接，同时按步骤(7)中确定的方法消除焊接应力和控制焊接变形；
(10)将焊缝进行表面加工，使得焊缝处的平面度小于0.05mm；
完成高精度焊接环型整体轨道的制造。
其中，步骤(7)中局部热处理时的温度为330℃至360℃。
其中，所述环型整体轨道的直径20米至75米。
其中，步骤(7)中，焊接分为填充层焊接和表面硬化层焊接；填充层焊接采用CO2气体保护焊接，焊接材料为LJ5364；表面硬化层采用手工无钨极氩弧焊，焊接材料LJ6033。
本实用新型与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明采用分段制造并进行焊接，实现了环型焊接整体轨道高精度，焊缝处平面度小于0.05mm。
2.本发明采用热处理前进行硬化层打底，解决了高硬度层焊接难度和焊接过渡区软化问题，实现轨道工作面几乎无软化带。
3.本发明在焊接全过程采用形变法焊接，实现了对焊接变形严格控制，消除了焊接拉应力(焊接处拉应力30Mpa左右)。
4.本发明采用U形破口和附加拖板焊接，即保证了轨道强度，同时又保证了轨道接口焊接质量，施工简便、成本低。
5.本发明提供的现场进行机加工方法简便易行，可将焊接区平面度控制到0.03mm。
附图说明
图1是本发明轨道对接状态及焊接组成结构示意图；
图2是单弧轨的结构示意图；
图3是单弧轨的截面示意图；
图4是焊接坡口示意图；
图5是打底焊接的焊接坡口示意图；
图6是轨道焊接、监测示意图。
图1中：1为左单弧轨、2为右单弧轨、3为打底焊接层、4为填充焊接层、5为表面硬化焊接层、6为地脚螺栓、7为固定螺母、8为拖板、9为地基。
具体实施方式
下面，结合图1至图6对本发明作进一步说明：
一种高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，其特征在于包括步骤：
(1)先将环型整体轨道进行整体设计，之后将整体设计的环型整体轨道分为多个单弧轨，并对单弧轨进行设计。实施例中，环型整体轨道的直径为20米至75米，每弧段长度为2～4.5米，矩形截面，如图2和图3所示。
(2)环型整体轨道的每段单弧轨采用42CrMo合金钢进行锻造制成。实施例中，单弧轨采用42CrMo等中、低碳合金钢锻材，铣加工成形，并经调质和稳定热处理。
(3)每段单弧轨的两端面进行焊接坡口加工，焊接坡口的形式为U形或V形，焊接坡口开向为上开或侧开，焊接坡口深度为轨道高度或宽度的0.3～0.5倍。焊接坡口如图4所示。
(4)对焊接坡口进行打底焊接。打底焊接的焊接坡口如图5所示。
(5)对单弧轨工作面进行垂直中频淬火处理，局部加热校形及稳定时效处理，时效处理温度320℃至380℃。实施例中，单弧轨工作面进行垂直中频淬火处理，淬火温度860℃，表面硬度HRC44～HRC48，硬度层深6～8mm。
(6)将每段单弧轨放置在预埋好的地脚螺栓上进行定位和调平；
(7)将备焊的两段单弧轨之一进行固定，另一段单弧轨保持自由状态，进行焊接；随时用百分表监测轨道各方向变形，边焊接边采用锤击形变法和局部热处理法消除焊接应力，控制焊接变形，使变形始终控制在0.08mm～0.12mm范围内。
其中，步骤(7)中，焊接分为填充层焊接和表面硬化层焊接；填充层焊接采用CO2气体保护焊接，焊接材料为LJ5364；表面硬化层采用手工无钨极氩弧焊，焊接材料LJ6033，表面硬度HRC42～HRC48。如图1所示。
(8)将已焊接完成的轨道进行固定，将与之相邻的待焊单弧轨保持自由状态，之后进行焊接并按步骤(7)中的方法消除焊接应力和控制焊接变形；
(9)当确定焊接的变形工艺参数后，将其余待焊单弧轨均固定进行焊接，同时按步骤(7)中确定的方法消除焊接应力和控制焊接变形；
(10)将焊缝进行表面加工，使得焊缝处的平面度小于0.05mm；
完成高精度焊接环型整体轨道的制造。
Claims (4)
1.一种高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，其特征在于包括步骤：
(1)先将环型整体轨道进行整体设计，之后将整体设计的环型整体轨道分为多个单弧轨，并对单弧轨进行设计；
(2)环型整体轨道的每段单弧轨采用42CrMo合金钢进行锻造制成；
(3)每段单弧轨的两端面进行焊接坡口加工，焊接坡口的形式为U形或V形，焊接坡口开向为上开或侧开，焊接坡口深度为轨道高度或宽度的0.3～0.5倍；
(4)对焊接坡口进行打底焊接；
(5)对单弧轨工作面进行垂直中频淬火处理，局部加热校形及稳定时效处理，时效处理温度320℃至380℃；
(6)将每段单弧轨放置在预埋好的地脚螺栓上进行定位和调平；
(7)将备焊的两段单弧轨之一进行固定，另一段单弧轨保持自由状态，进行焊接；随时用百分表监测轨道各方向变形，边焊接边采用锤击形变法和局部热处理法消除焊接应力，控制焊接变形，使变形始终控制在0.08mm～0.12mm范围内；
(8)将已焊接完成的轨道进行固定，将与之相邻的待焊单弧轨保持自由状态，之后进行焊接并按步骤(7)中的方法消除焊接应力和控制焊接变形；
(9)当确定焊接的变形工艺参数后，将其余待焊单弧轨均固定进行焊接，同时按步骤(7)中确定的方法消除焊接应力和控制焊接变形；
(10)将焊缝进行表面加工，使得焊缝处的平面度小于0.05mm；
完成高精度焊接环型整体轨道的制造。
2.根据权利要求1所述的高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，其特征在于：步骤(7)中局部热处理时的温度为330℃至360℃。
3.根据权利要求1所述的高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，其特征在于：所述环型整体轨道的直径20米至75米。
4.根据权利要求1所述的高精度焊接环型整体轨道的设计制造方法，其特征在于：步骤(7)中，焊接分为填充层焊接和表面硬化层焊接；填充层焊接采用CO2气体保护焊接，焊接材料为LJ5364；表面硬化层采用手工无钨极氩弧焊，焊接材料LJ6033，表面硬度HRC42～HRC48。
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