CN104259649B - 塔机标准节腹杆摩擦焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塔机标准节腹杆的摩擦焊接方法，所述腹杆由钢管和端板焊接而成，摩擦加热过程分一级摩擦和二级摩擦两个阶段，两个阶段旋转主轴的转速相等，一级摩擦压力和摩擦时间固定；二级摩擦压力大于一级摩擦压力并固定，当一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量达到预设值，二级摩擦加热结束；二级摩擦结束后，对旋转夹具制动，加持端板的主轴停止旋转后，加持有钢管的移动夹具进给顶锻，经过顶锻保压即完成摩擦焊接过程。本发明省略了现有加工流程中的“开坡口和车凸台”工序；摩擦加热阶段的转速固定，便于操控；摩擦变形量可以控制，提高了腹杆焊接长度的稳定性；提高了生产效率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦焊接技术，尤其是塔机标准节腹杆摩擦焊接方法。
背景技术
摩擦焊是一种金属固相热压焊方法，是两个表面之间的相对摩擦持续进行到产生足够的热量后，停止摩擦，两零件在顶锻压力的作用力下锻接在一起，形成焊缝，是一种高质量、高效率、无毒无害的焊接方法。
标准节是塔机的重要部件。现有的标准节主要是由横梁和竖梁构成的框架结构，为进一步保证标准节的牢固程度，在横梁之间还焊接有腹杆。腹杆作为塔机标准节的重要结构部件，在塔机使用过程中，必须频繁承受来自相邻部件的拉伸和压缩应力，腹杆的牢固可靠对于塔机运行的稳定性和安全性有直接影响。
目前，大量塔机标准节腹杆采用在钢管两端设置端板封口的方式设计，为兼顾方便手工装配、焊接的目的，腹杆的任意一端设计为如附图1和附图2所示的方式连接。该连接方式在端板留有凸台，装配时凸台与钢管内壁配合可保证端板与钢管的相对位置要求，在焊接时凸台侧边自然形成坡口焊缝的衬垫，连接焊缝为坡口焊与角焊缝的组合焊缝。由于需要对钢管和两端封板多次进行机械加工，故实际生产中存在加工难度大，生产效率低，生产成本较高等不足之处。而且由于连接焊缝采用手工焊接，产品外观质量也不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，在满足腹杆本身装配精度和连接强度的前提下，通过运用摩擦焊接方法焊接塔机标准节腹杆，简化生产工序和加工难度，提高生产效率和降低生产成本。
一种塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，所述塔机标准节腹杆由钢管和端板两部分焊接而成，摩擦焊接方法包括如下步骤：
A.焊前准备：将钢管锯料成型，端板切割下料，并去除端板需要摩擦焊接一面的油污、铁锈和其他杂质；
B.将钢管加持于移动夹具上，端板加持于旋转夹具上，并保持钢管轴线和端板轴线重合。
C.摩擦加热：摩擦加热过程分为一级摩擦和二级摩擦两个阶段，两个阶段旋转主轴的转速相同，其中一级摩擦的摩擦压力和摩擦时间固定；一级摩擦结束，进入二级摩擦阶段，二级摩擦压力大于一级摩擦压力并固定，当一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量达到预设值，二级摩擦阶段结束；
D.顶锻过程：二级摩擦结束，对旋转夹具制动，加持端板的主轴停止旋转后，加持有钢管的移动夹具进给顶锻，经过顶锻保压即完成摩擦焊接过程。
进一步的是，焊前准备步骤中，钢管锯料成型后，待焊接端面斜度≤1.5mm。
进一步的是，摩擦加热过程中，一级摩擦和二级摩擦的旋转主轴的转速为1000转/分至1430转/分。
进一步的是，摩擦加热过程中，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm。
进一步的是，顶锻过程中，顶锻压力为二级摩擦压力的两倍，顶锻保压时间为4秒。
更进一步的是，摩擦加热过程中，一级摩擦压力为81.7kN，一级摩擦时间3秒，一级摩擦钢管进给度为3mm/秒至4mm/秒；二级摩擦压力为90.8kN，二级摩擦钢管进给度为3mm/秒至4mm/秒，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm；顶锻过程中，顶锻压力为181.6kN，顶锻保压时间为4秒。
更进一步的是，摩擦加热过程中，一级摩擦压力为90.8kN，一级摩擦时间3秒，一级摩擦钢管进给度为3mm/秒至4mm/秒；二级摩擦压力为109.0kN，二级摩擦钢管进给度为3mm/秒至4mm/秒，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm；顶锻过程中，顶锻压力为217.9kN，顶锻保压时间为4秒。
更进一步的是，摩擦加热过程中，一级摩擦压力为181.6kN，一级摩擦时间3秒，一级摩擦钢管进给度为3mm/秒至4mm/秒；二级摩擦压力为204.3kN，二级摩擦钢管进给度为3mm/秒至4mm/秒，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm；顶锻过程中，顶锻压力为408.6kN，顶锻保压时间为4秒。
本发明的有益效果是：用摩擦焊接方法焊接塔机标准节腹杆，就不需要钢管和端板的接头开坡口和形成衬垫，省略了现有加工流程中的“开坡口和车凸台”工序。摩擦焊接从装夹至焊接完毕取下工件只需1分钟左右，不需要翻转工件获得最佳焊接位置，焊接自动化程度提高，提高了生产效率，降低了生产成本。摩擦焊焊接的标准节腹杆质量稳定可靠，完全满足设计要求。在摩擦焊接外壁形成的飞边圆弧过渡平滑，成型美观。摩擦焊接工艺中，整个摩擦加热阶段的转速固定，便于操控；采用两个阶段的摩擦加热方式，第二阶段根据两个阶段的总摩擦量来进行控制，保证了腹杆焊接后的长度的统一。
附图说明
图1为现有技术腹杆焊接连接示意图；
图2为图1中钢管与端板焊接连接处放大示意图；
图3为本发明腹杆摩擦焊连接示意图。
图中零部件、部位及编号：钢管1、端板2。
具体实施方式
下面以Φ76X5、Φ89X5、Φ108X8钢管为例，对本发明的实施方式进行说明。
塔机标准节腹杆均由钢管1和端板2焊接而成，摩擦焊接方法包括如下步骤：
A.焊前准备：将钢管1锯料成型，对于需要两端焊接的钢管1，需要考虑钢管1两端的摩擦变形量再进行锯料成型，钢管1端面倾面斜度≤1.5mm，要求端面无油、锈等污垢；端板2通过方式切割下料，可以采用数控火焰切割机下料，并对端板2需要摩擦焊接一面进行喷砂或喷丸处理，去除油污、铁锈和其他杂质，污垢在钢板表面的残留量不得超过5％，尤其在端板的摩擦焊缝圆环上严格除污。
B.将钢管1加持于移动夹具上夹紧固定，端板2加持于旋转夹具上夹紧固定，并保持钢管1的轴线和端板2的轴线重合。移动夹具夹紧钢管1使其在摩擦焊接过程中不产生滑移，并且要保证不损伤钢管1外皮；旋转夹具用于夹紧端板2，主要起固定端板2的作用，使其能跟随主轴一起旋转。
C.摩擦加热：摩擦加热过程分为一级摩擦和二级摩擦两个阶段，一级摩擦和二级摩擦的旋转主轴的转速相等，转速范围为1000转/分至1430转/分，例如取1100转/分；一级摩擦的摩擦压力固定，并通过摩擦时间来控制，一级摩擦的钢管1进给度为3mm/s至4mm/s，一级摩擦时间为3秒；一级摩擦结束后，立即进入二级摩擦阶段，二级摩擦的摩擦压力较一级摩擦压力大并且固定，通过摩擦变形量来控制二级摩擦过程，当一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量达到预设值16mm时，二级摩擦阶段结束。
D.顶锻过程：二级摩擦结束后迅速制动，加持端板2的主轴停止旋转后，加持有钢管1的移动夹具及时进给顶锻，经过顶锻保压即完成摩擦焊接，其中顶锻保压时间为4秒。
下面给出Φ76X5、Φ89X5、Φ108X8三种型号钢管的摩擦加热过程和顶锻过程的控制参数，这也是所述三种钢管的摩擦焊接的具体实施方式，其中摩擦加热阶段的主轴转速为1100转/分，其他参数如表1所示。
表1 三种型号的钢管摩擦焊接工艺参数
经过上述摩擦焊接方法制得的塔机标准节腹杆焊后各尺寸精度均高于塔机标准节腹杆要求的精度，故满足装配精度要求；经过拉伸试验，腹杆焊接接头抗拉强度大于或等于母材，且接头断裂发生在母材钢管上，摩擦焊接连接强度满足要求；采用本发明的摩擦焊接方法制得塔机标准节腹杆质量合格，采用本发明方法可以大大简化现有加工方式，提高生产效率，降低生产成本。
Claims (8)
1.一种塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，所述塔机标准节腹杆由钢管(1)和端板(2)焊接而成，其特征在于，包括以下步骤：
A.焊前准备：将钢管(1)锯料成型，端板(2)切割下料，并去除端板(2)需要摩擦焊接一面的油污、铁锈和其他杂质；
B.将钢管(1)加持于移动夹具上，端板(2)加持于旋转夹具上，并保持钢管(1)轴线和端板(2)轴线重合；
C.摩擦加热：摩擦加热过程分为一级摩擦和二级摩擦两个阶段，两个阶段旋转主轴的转速相同，其中一级摩擦的摩擦压力和摩擦时间固定；一级摩擦结束，进入二级摩擦阶段，二级摩擦压力大于一级摩擦压力并固定，当一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量达到预设值，二级摩擦阶段结束；
D.顶锻过程：二级摩擦结束，对旋转夹具制动，加持端板(2)的主轴停止旋转后，加持有钢管(1)的移动夹具进给顶锻，并顶锻保压。
2.如权利要求1所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：所述钢管(1)锯料成型后，待焊接端面斜度≤1.5mm。
3.如权利要求2所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：摩擦加热过程中，一级摩擦和二级摩擦的旋转主轴的转速为1000转/分至1430转/分。
4.如权利要求3所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：摩擦加热过程中，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm。
5.如权利要求4所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：顶锻过程中，顶锻压力为二级摩擦压力的两倍，顶锻保压时间为4秒。
6.如权利要求1至5任一权利要求所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：摩擦加热过程中，一级摩擦压力为81.7kN，一级摩擦时间3秒，一级摩擦钢管(1)进给度为3mm/秒至4mm/秒；二级摩擦压力为90.8kN，二级摩擦钢管(1)进给度为3mm/秒至4mm/秒，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm；顶锻过程中，顶锻压力为181.6kN，顶锻保压时间为4秒。
7.如权利要求1至4任一权利要求所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：摩擦加热过程中，一级摩擦压力为90.8kN，一级摩擦时间3秒，一级摩擦钢管(1)进给度为3mm/秒至4mm/秒；二级摩擦压力为109.0kN，二级摩擦钢管(1)进给度为3mm/秒至4mm/秒，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm；顶锻过程中，顶锻压力为217.9kN，顶锻保压时间为4秒。
8.如权利要求1至5任一权利要求所述的塔机标准节腹杆摩擦焊接方法，其特征在于：摩擦加热过程中，一级摩擦压力为181.6kN，一级摩擦时间3秒，一级摩擦钢管(1)进给度为3mm/秒至4mm/秒；二级摩擦压力为204.3kN，二级摩擦钢管(1)进给度为3mm/秒至4mm/秒，一级摩擦和二级摩擦的总摩擦变形量为16mm；顶锻过程中，顶锻压力为408.6kN，顶锻保压时间为4秒。
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