CN104227187B - 大型万向轴法兰焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种大型万向轴法兰焊接方法，包括：将大型万向轴上机床割去旧法兰；对连接管端面加工U形坡口；将新法兰安装到连接管上，并使新法兰与连接管对中，位置找正；焊接定位连接板，并将整体组件放进加热炉加热，直至加热温度至所要求的预热温度；将整体组件出炉并安放在焊接平台上；在连接管的内圈上安放电加热板并通电加热，使焊缝位置加热到所要求的层间温度；对焊缝位置温度进行检测到是层间温度时，进行焊接；焊好一层进行冲击消除应力，直至焊接完成；拆除定位连接板，并将焊接成的万向轴上机床对焊缝表面加工，以消除焊缝表面裂纹；以及拍片、检验，以获得合格的大型万向轴。本发明使大型万向轴整体强度、冲击韧性大大提高。

Description

大型万向轴法兰焊接方法
技术领域
本发明涉及一种主轴的焊接加工方法，具体说有关一种万向轴法兰焊接方法。
背景技术
万向联轴器是一种应用广泛的机械部件，通常将其称为万向轴。万向轴的主要功能是传递不在同一直线上的两传动轴系的运动和动力。十字万向轴在我国自20世纪80年代初起步，并率先用于冶金工业轧制设备，但十字万向轴用于轧机主传动还是很少，以往传统都是用滑块式万向轴。十字万向轴与滑块式万向轴相比较具有维护简单、摆角大的特点，尤其适用于冶金工业中的轧机。
目前厚板轧机主轴已采用了目前世界上最先进的十字万向轴，但这种十字万向轴在厚板生产中故障不断。经下机对主轴解体修复过程中发现故障是由主轴连接法兰处出现的大量裂纹所引起，这样就无法继续上机使用而需对其进行修复处理，就是将具有裂纹的法兰更换，重新焊接法兰。但是，端面齿法兰需要承受较大扭矩载荷故选用的材质为42CrMo锻件，而整根万向轴的连接管为Q235的普通厚壁管。42CrMo的含碳量高，合金元素含量也高，淬硬倾向比较大。它的马氏体点Ms=280℃，马氏体难以产生自回火效应，马氏体中含碳量高，点阵畸变严重，硬度和脆性比较大，对冷裂纹的敏感性就比较大。按临界经验公式计算，42CrMo的冷裂纹敏感性系数占δ=14.6MPa，远小于材料的屈服强度。由于冷裂倾向严重，所以必须延长降至100"C所需时间，即需高的预热温度。42CrMo材料虽含有能细化晶粒的台金元素Mo以及较高Mn含量抑制着硫引起的热裂性，但其含碳量太高，远超过包晶点0.16%C，这就显著增大了磷的危害，用伊藤庆典经验公式计算裂纹敏感系数，ΔG=4，远大于ΔG=2这个临界点，以此判断42CrMo的热裂纹敏感性比较大。
因此，42CrMo为中碳高合金钢，由于这种材料的碳当量高，其可焊性、回火效应差、冷热敏感性大，采用该材料的十字万向轴的端面法兰的冷、热裂倾向严重，而容易产生裂纹而导致故障。十字万向轴和连接管的这两种材料的焊接就需要合适的工艺和方法来实施。
虽然在发明名称为“钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法”的第201010178555.7号发明专利申请中公开了一种钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法，该技术方案是在钛铝合金涡轮一侧加工回转体形状的嵌入槽，焊接过程中涡轮轴的焊接端面与钛铝合金涡轮的嵌入槽焊接面摩擦，通过控制摩擦缩短量，使得涡轮轴侧形成的飞边填充满嵌入槽，从而达到焊接面的冶金结合与机械连接的双重效果，提高了连接钛铝合金涡轮转子与调质钢轴时的接头拉伸强度，但该摩擦焊接方法并不适用于大型万向轴法兰的焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型万向轴法兰焊接方法，可克服其所采用材料可焊性差的问题，并极大提高大型万向轴的整体强度、冲击韧性。
本发明的一种大型万向轴法兰焊接方法，所述万向轴由法兰与连接管焊接一体形成，所述法兰的材质为42CrMo中碳高合金钢，所述连接管为Q235的普通厚壁管，所述大型万向轴法兰焊接方法包括以下步骤：
首先，将将大型万向轴上机床割去旧法兰；
对连接管端面加工U形坡口；
将新法兰安装到连接管上，并使新法兰与连接管对中，位置找正；
焊接定位连接板，并将整体组件放进加热炉加热，直至加热温度至所要求的预热温度；
将整体组件出炉并安放在焊接平台上；
在连接管的内圈上安放电加热板并通电加热，使焊缝位置加热到所要求的层间温度；
对焊缝位置温度进行检测到是层间温度时，进行焊接；
焊好一层进行冲击消除应力，直至焊接完成；
拆除定位连接板，并将焊接成的万向轴上机床对焊缝表面加工，以消除焊缝表面裂纹；以及
拍片、检验，以获得合格的大型万向轴。
所述预热温度为250℃，所述层间温度为350℃。
焊接采用：直径为1.2mm-2.4mm的焊丝；焊接电流为160A-213A；焊接电压为19V-25V；送丝速度≤10m/min；运行速度为20cm/min：热输入≤16KJ/cm；保护气体为氩气；以及接触工件距离最大为20mm。
本发明的有益效果是：本发明焊接方法由于采取焊前预热及紧急后热处理，形成具有定心和透气双功能的U形坡口以及选用低匹配焊接材料，以及焊好后对焊接表面进行车削加工这些工艺措施，可缓和焊接接头的受力状态，提高塑性和韧性，以避免应力集中。因此，采用本发明的焊接方法可克服42CrMo材料可焊性差，使大型万向轴整体强度、冲击韧性大大提高，从而成功将裂纹法兰更换，使得万向轴又能重新上机使用，大大降低了万向轴的备件采购费用。
附图说明
图1是本发明的大型万向轴法兰焊接方法形成有焊接坡口的法兰与连接管整体结构示意图；
图2是采用本发明的大型万向轴法兰焊接方法将焊缝焊好后表面加工示意图；以及
图3是本发明的大型万向轴法兰焊接方法的工艺流程图；
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。
如图1所示，本发明的万向轴6包括法兰1、连接管5，法兰1具有排气通道2和定心圈4。万向轴由法兰1与连接管2焊接一体形成，法兰的材质为42CrMo中碳高合金钢，连接管为Q235的普通厚壁管，本发明一个实施例的大型万向轴法兰焊接方法包括以下步骤：
如图1至图3所示，将有裂纹的旧法兰上机床割去，对连接管5端面加工U形坡口3，尤其是连接管的内圈（未标示）按公差要求加工；将件新法兰1插入安装到连接管5上，使定心圈4与连接管5的内圈配合安装，对两端法兰（图中仅显示其中一端法兰）的螺栓孔1a进行对中，位置找正，在法兰1及连接管5的内圈焊接定位连接板（未图示），将整个连接管5及法兰1放进加热炉（未图示）进行加热，加热温度控制在250℃，然后出炉安放在焊接平台（未图示）上，在法兰1及连接管5的内圈的焊缝位置安装自动温度控制的电加热板（未图示），对焊缝位置进行局部加热，加热温度控制在350℃以上，开始焊接。
在本实施例中焊接焊丝采用“天泰焊材”的TM-56软钢高张力钢用实心焊丝，焊丝直径1.2mm-2.4mm，焊接电流为160A-213A，焊接电压为19V-25V，送丝速度≤10m/min，运行速度为20cm/min，热输入≤16KJ/cm，保护气体采用氩气，预热温度为250℃，层间温度为350℃，接触工件距离为最大20mm。焊接的层间采用冲击法消除应力，层间温度严格控制在350℃以上。
焊好后空气冷却至常温，上机床对焊缝表面进行加工，焊缝的外圆周就是上车床加工平整，焊缝的内圆周将起定位作用的部分加工去除，并对内表面按图2所示加工平整，消除表面细小裂纹，拍片探伤、检验。
以上实施例的焊接工艺过程详细显示于图3的流程图中，可概括为如下步骤：
首先，将将大型万向轴上机床割去旧法兰；
对连接管端面加工U形坡口；
将新法兰安装到连接管上，并使新法兰与连接管对中，位置找正；
焊接定位连接板，并将整体组件放进加热炉加热，直至加热温度=250℃；
将整体组件出炉并安放在焊接平台上；
在连接管的内圈上安放电加热板并通电加热，使焊缝位置加热到350℃；
对焊缝位置温度进行检测到=350℃，进行焊接；
焊好一层进行冲击消除应力，直至焊接完成；
拆除定位连接板，并将焊接成的万向轴上机床对焊缝表面加工，以消除焊缝表面裂纹；以及
拍片、检验，以获得合格的大型万向轴。
综上所述，本发明焊接方法由于采取焊前预热及紧急后热处理，形成具有定心和透气双功能的U形坡口3以及选用低匹配焊接材料，以及焊好后对焊接表面进行车削加工这些工艺措施，可缓和焊接接头的受力状态，提高塑性和韧性，以避免应力集中。因此，采用本发明的焊接方法可克服42CrMo材料可焊性差，使大型万向轴6整体强度、冲击韧性大大提高，从而可成功将裂纹法兰更换，使得万向轴又能重新上机使用，大大降低了万向轴的备件采购费用。
应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种大型万向轴法兰焊接方法，所述万向轴由法兰与连接管焊接一体形成，所述法兰的材质为42CrMo中碳高合金钢，所述连接管为Q235的普通厚壁管，所述大型万向轴法兰焊接方法包括将大型万向轴上机床割去旧法兰；其特征在于，还包括以下步骤：
对连接管端面加工U形坡口；
将新法兰安装到连接管上，并使新法兰与连接管对中，位置找正；
焊接定位连接板，并将整体组件放进加热炉加热，直至加热温度至所要求的预热温度；
将整体组件出炉并安放在焊接平台上；
在连接管的内圈上安放电加热板并通电加热，使焊缝位置加热到所要求的层间温度，所述层间温度为350℃；
对焊缝位置温度进行检测到是层间温度时，进行焊接；
焊好一层进行冲击消除应力，直至焊接完成；
拆除定位连接板，并将焊接成的万向轴上机床对焊缝表面加工，以消除焊缝表面裂纹；以及
拍片、检验，以获得合格的大型万向轴。
2.根据权利要求1所述的大型万向轴法兰焊接方法，其特征在于，所述预热温度为250℃。
3.根据权利要求1或2所述的大型万向轴法兰焊接方法，其特征在于，焊接采用：直径为1.2mm-2.4mm的焊丝；焊接电流为160A-213A；焊接电压为19V-25V；送丝速度≤10m/min；运行速度为20cm/min：热输入≤16KJ/cm；保护气体为氩气；以及接触工件距离最大为20mm。
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