CN110405317A - 一种掘进机刀座的自动化焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种掘进机刀座的自动化焊接方法属于掘进机刀座焊接技术领域,目的在于解决现有技术存在的人工焊接时间长和焊缝合格率低的问题以及针对异种钢材可焊接性能差、容易引起裂纹等问题。本发明包括以下步骤:对待焊接的材质为异种钢材的内刀板和外刀板进行人工组对;对人工组对后单面刀座进行预热,加热温度为150℃~250℃,加热1小时,保温时间3~4小时;将单面刀座取出,底部放置保温板进行保温处理,预留出焊接部位,其余部分用石棉布覆盖进行保温,保温温度150℃以上;采用自动焊接设备对焊缝进行多层焊接;焊后处理:1)震动散应力;2)后处理:锤击后放入加热炉中保温,与预热温度相同,保温1~3小时到时间后取出,用石棉布将单片刀座包裹起来,缓冷至室温。

Description

一种掘进机刀座的自动化焊接方法
技术领域
本发明属于掘进机刀座焊接技术领域,具体涉及一种掘进机刀座的自动化焊接方法。
背景技术
全断面隧道掘进机TBM通常运用于硬岩隧道掘进工程。刀座是TBM刀具的主要承载部件,起到定位、支撑的作用。由于在TBM作业过程中滚刀需承受刀具破岩产生的交变载荷,不仅滚刀容易磨损和损坏,而且刀座也容易出现损坏或磨损现象。刀座的可靠性对TBM施工至关重要,刀座失效必然导致刀具损坏,使刀具出现崩块、偏磨等现象,严重影响TBM掘进施工进度,增加施工成本。参见附图1,由于19吋刀座由两块内刀板1和两块外刀板2以及两块连接板3构成,内刀板镶入外刀板中,构成单面刀座板,两片刀座和连接板焊后构成整体刀座。单片19寸刀座焊缝总长度860mm,一整套的19吋刀座焊缝可达1720mm。目前业内对刀座的焊接采用人工焊接,焊接一套刀座焊缝需要18~20小时,而且人员由于长时间不间断疲劳作业,以及人工焊接的不确定性,导致焊缝经常会出现气孔、夹杂、未焊透和未融合等现象,无法满足使用性能要求。因为刀座在TBM掘进过程中的重要性,客户要求焊缝超声波探伤质量必须达到NB/T 47013.3--2015《承压设备无损检测第3部分:超声检测》中焊接接头Ⅰ级标准的要求,人工焊接一次合格率仅为20%~30%。重复焊接不但增加了产品成本,也严重降低了产品质量。另外,刀座中的内刀板1通常选用42CrMo材质,外刀板2选用Q345D材质,两种材质属于异种钢材焊接,42Crmo属调质高强钢,其Ceq值为0.82%,可焊接性能差,由于母材中的含碳量高,加之含硫杂质和气孔的影响,容易在焊层金属中引起热裂纹等问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种掘进机刀座的自动化焊接方法,解决现有技术存在的人工焊接时间长和焊缝合格率低的问题以及针对异种钢材可焊接性能差、容易引起裂纹等问题。
为实现上述目的,本发明的一种掘进机刀座的自动化焊接方法包括以下步骤:
步骤一:对待焊接的材质为异种钢材的内刀板和外刀板进行人工组对;
步骤二:对人工组对后单面刀座进行预热,加热温度为150℃~250℃,加热1小时,保温时间3~4小时;
步骤三:对经步骤二处理的单面刀座取出,底部放置保温板进行保温处理,预留出焊接部位,其余部分用石棉布覆盖进行保温,保温温度150℃以上;
步骤四:采用自动焊接设备对焊缝进行多层焊接;
步骤五:焊后处理:
1)震动散应力:焊后用气动锤或气动风铲对焊缝及周围100mm区域进行敲击;
2)后处理:锤击后放入加热炉中保温,与步骤二中预热温度相同,保温1~3小时到时间后取出,用石棉布将单片刀座包裹起来,缓冷至室温。
步骤一中所述的人工组对具体为:加工成形后的一个内刀板镶入一个外刀板中,压紧后,用气焊局部加热,加热温度为150℃~250℃,点固焊之后送炉中加温。
步骤四中所述的对焊缝进行多层焊接具体为:
1)对焊缝进行第一层焊接,枪嘴直线运动,角度15°~30°,速度240mm/min~480mm/min,电流:200A~260A,电压:25V~30V;
2)对焊缝进行第二层焊接:枪嘴Z形摆动,频率1.5Hz~3.0Hz,摆动幅度2.5mm~4.0mm,角度15°~30°,停留时间0.4S;
3)重复步骤1)对焊缝进行第三层焊接;
4)重复步骤2)对焊缝进行第四层焊接;
5)对焊缝进行第五层~第十一层焊接,枪嘴Z形摆动,频率1.8Hz~2.5Hz,摆动幅度6.0mm~8.0mm,停留时间0.5S,运行速度180mm/min~300mm/min,第五层、第七层、第九层、第十一层角度20°~40°,第六层、第八层和第十层为垂直焊道;
6)对焊缝进行第十二层~第二十层焊接,频率1.5Hz~2.0Hz,摆动幅度8.5mm~9.5mm,停留时间0.7S,速度150mm/min~260mm/min,第十三层13、第十五层15、第十七层17、第十九19层夹角角度为30°~50°,其他层为垂直焊道。
步骤四中每层焊道过后,采用气动敲渣锤清渣;并实时监测焊道温度,当焊道温度小于200℃时,对焊道进行加热,当温度大于等于200℃时,进行下一层焊接。
所述的对焊道进行加热是指用加热板或氧气-乙炔焰进行加热。
步骤二中加热采用电阻炉进行加热,加热电流为30A~50A。
本发明的有益效果为:本发明的一种掘进机刀座的自动化焊接方法在焊接前对异种钢材进行人工组对、预热及保温处理,避免焊接过程中产生裂纹以及可焊接性低的问题;采用自动化焊接刀座焊缝,时间由手工焊的18~20小时降低为8~10小时,提高效率50%以上,焊缝合格率由原来的20%提高到95%以上,大大降低了生产成本,保证了刀座的产品质量和生产进度。
附图说明
图1为刀座结构示意图;
图2为采用本发明的一种掘进机刀座的自动化焊接方法焊接后的刀座焊缝端面示意图;
图3为采用本发明的一种掘进机刀座的自动化焊接方法多层焊接示意图;
其中:1、内刀板,2、外刀板,3、连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的一种掘进机刀座的自动化焊接方法包括以下步骤:
步骤一:对待焊接的材质为异种钢材的42CrMo材质内刀板1和Q345D材质外刀板2进行人工组对;
步骤二:对人工组对后单面刀座进行预热,加热温度为150℃~250℃,加热1小时,保温时间3~4小时;单面刀座是指一个内刀板1和一个外刀板2组成的刀座;
步骤三:对经步骤二处理的单面刀座取出,底部放置保温板进行保温处理,预留出焊接部位,其余部分用石棉布覆盖进行保温,保温温度150℃以上;
步骤四:采用自动焊接设备对焊缝进行多层焊接;
步骤五:焊后处理:
1)震动散应力:焊后用气动锤或气动风铲对焊缝及周围100mm区域进行敲击;
2)后处理:锤击后放入加热炉中保温,与步骤二中预热温度相同,保温1~3小时到时间后取出,用石棉布将单片刀座包裹起来,缓冷至室温。
步骤一中所述的人工组对具体为:加工成形后的一个内刀板1镶入一个外刀板2中,压紧后,用气焊局部加热,加热温度为150℃~250℃,点固焊之后送炉中加温。人工组对的目的是为了将内外刀板2固定成一个整体,方便机器人焊接。
步骤四中所述的对焊缝进行多层焊接具体为:
1)对焊缝进行第一层焊接,枪嘴直线运动,角度15°~30°,速度240mm/min~480mm/min,电流:200A~260A,电压:25V~30V;
2)对焊缝进行第二层焊接:枪嘴Z形摆动,频率1.5Hz~3.0Hz,摆动幅度2.5mm~4.0mm,角度15°~30°,停留时间0.4S;
3)重复步骤1)对焊缝进行第三层焊接;
4)重复步骤2)对焊缝进行第四层焊接;
5)对焊缝进行第五层~第十一层焊接,枪嘴Z形摆动,频率1.8Hz~2.5Hz,摆动幅度6.0mm~8.0mm,停留时间0.5S,运行速度180mm/min~300mm/min,第五层、第七层、第九层、第十一层角度20°~40°,第六层、第八层和第十层为垂直焊道;
6)对焊缝进行第十二层~第二十层焊接,频率1.5Hz~2.0Hz,摆动幅度8.5mm~9.5mm,停留时间0.7S,速度150mm/min~260mm/min,第十三层13、第十五层15、第十七层17、第十九19层夹角角度为30°~50°,其他层为垂直焊道。
步骤四中每层焊道过后,采用气动敲渣锤清渣;并实时监测焊道温度,当焊道温度小于200℃时,对焊道进行加热,当温度大于等于200℃时,进行下一层焊接。
所述的对焊道进行加热是指用加热板或氧气-乙炔焰进行加热。
步骤二中加热采用电阻炉进行加热,加热电流为30A~50A。
本发明中焊接的材质42Crmo属调质高强钢,其Ceq值为0.82%,可焊接性能差。由于母材中的含碳量高,加之含硫杂质和气孔的影响,容易在焊层金属中引起热裂纹。为保证自动化焊接过程中不产生裂纹,先加热42CrMo钢板,工艺点焊道时用气焊对42CrMo钢板70mm~150mm之间区域进行火焰加热,确保不产生裂纹。
焊接过程中放置保温板,持续加温,保持整体加热温度一致的条件下焊接。
为防止单面刀座变形,采用两片刀座板背对背连接施焊,焊后将两半拆开重新组合。
机器人自动焊接,常规情况下一般仅焊接小件,厚度小于10mm,同种钢材单道焊接,流水线作业;本发明大胆采用机器人对异种钢材42CrMo和Q345D大件,厚度大于100mm,20层以上多道焊接,属本领域内刀座自动焊接首创。
机器人CO2保护焊焊接小薄件时,因焊道窄,采用直线运行;刀座施焊焊道较宽,单独直线运行,融合性不好,本发明采用Z字线摆动运行,使得焊缝探伤质量达到了NB/T47013.3-2015中Ⅰ级探伤标准。

Claims (6)

1.一种掘进机刀座的自动化焊接方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:对待焊接的材质为异种钢材的内刀板(1)和外刀板(2)进行人工组对;
步骤二:对人工组对后单面刀座进行预热,加热温度为150℃~250℃,加热1小时,保温时间3~4小时;
步骤三:对经步骤二处理的单面刀座取出,底部放置保温板进行保温处理,预留出焊接部位,其余部分用石棉布覆盖进行保温,保温温度150℃以上;
步骤四:采用自动焊接设备对焊缝进行多层焊接;
步骤五:焊后处理:
1)震动散应力:焊后用气动锤或气动风铲对焊缝及周围100mm区域进行敲击;
2)后处理:锤击后放入加热炉中保温,与步骤二中预热温度相同,保温1~3小时到时间后取出,用石棉布将单面刀座包裹起来,缓冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种掘进机刀座的自动化焊接方法,其特征在于,步骤一中所述的人工组对具体为:加工成形后的一个内刀板(1)镶入一个外刀板(2)中,压紧后,用气焊局部加热,加热温度为150℃~250℃,点固焊之后送炉中加温。
3.根据权利要求1或2所述的一种掘进机刀座的自动化焊接方法,其特征在于,步骤四中所述的对焊缝进行多层焊接具体为:
1)对焊缝进行第一层焊接,枪嘴直线运动,角度15°~30°,速度240mm/min~480mm/min,电流:200A~260A,电压:25V~30V;
2)对焊缝进行第二层焊接:枪嘴Z形摆动,频率1.5Hz~3.0Hz,摆动幅度2.5mm~4.0mm,角度15°~30°,停留时间0.4S;
3)重复步骤1)对焊缝进行第三层焊接;
4)重复步骤2)对焊缝进行第四层焊接;
5)对焊缝进行第五层~第十一层焊接,枪嘴Z形摆动,频率1.8Hz~2.5Hz,摆动幅度6.0mm~8.0mm,停留时间0.5S,运行速度180mm/min~300mm/min,第五层、第七层、第九层、第十一层角度20°~40°,第六层、第八层和第十层为垂直焊道;
6)对焊缝进行第十二层~第二十层焊接,频率1.5Hz~2.0Hz,摆动幅度8.5mm~9.5mm,停留时间0.7S,速度150mm/min~260mm/min,第十三层13、第十五层15、第十七层17、第十九19层夹角角度为30°~50°,其他层为垂直焊道。
4.根据权利要求3所述的一种掘进机刀座的自动化焊接方法,其特征在于,步骤四中每层焊道过后,采用气动敲渣锤清渣;并实时监测焊道温度,当焊道温度小于200℃时,对焊道进行加热,当温度大于等于200℃时,进行下一层焊接。
5.根据权利要求4所述的一种掘进机刀座的自动化焊接方法,其特征在于,所述的对焊道进行加热是指用加热板或氧气-乙炔焰进行加热。
6.根据权利要求1所述的一种掘进机刀座的自动化焊接方法,其特征在于,步骤二中加热采用电阻炉进行加热,加热电流为30A~50A。
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