CN111168264A - 一种焊接式整体导轨的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种焊接式整体导轨的制备方法，该种整体焊接式导轨作为某大型回转设备的运动基础，具有直径大、精度高、稳定性强等特点。解决了某大型回转设备高精度运动和精确定位的基础问题。其主体结构由多段单轨零件整体焊接形成，设计制造过程包括单轨零件设计，焊接坡口设计，单轨零件制造，导轨安装，导轨焊接，U形焊缝打磨六个步骤，其中导轨安装和导轨焊接作为关键过程，对整体导轨的精度和稳定性的保障具有重要意义。

Description

一种焊接式整体导轨的制备方法

技术领域

本发明是一种焊接式整体导轨的制备方法，属于产品的成型技术领域。

背景技术

现有一些大型回转设备，因受其基础导轨制造精度的限制，无法实现设备的精确定位和平稳运转。对一些大型、重载回转设备的环形导轨，一般采用分段加工、现场拼接的方式实现，由于其段与段之间为分体结构，导轨的整体稳定性不高，且上表面整体精度较差。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种焊接式整体导轨的制备方法，其目的是对导轨进行整体焊接，导轨的直径尺寸可达20m以上，整体平面度指标0.25mm，因其是整体制备的特点，稳定性更高，可以使设备实现更高的运动精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种焊接式整体导轨的制备方法中，所述导轨为环状，直径超过9米，其特征在于：该制备方法的步骤如下：

步骤一、将环状导轨分段加工成单轨零件1；

步骤二、在单轨零件1的待焊面上部沿宽度方向加工贯通的焊接坡口，使两个单轨零件1待焊面上的焊接坡口对接以后形成“U”形槽状的焊缝2；

步骤三、将单轨零件1待焊面组装在一起形成整体环状的待焊导轨，在焊缝2的底部用支撑垫板3支撑两个单轨零件1对接的接头；

步骤四、对待焊导轨整体调平并压紧固定；固定时应达到一定预紧力，防止后期焊接过程中环状导轨变形过大。

步骤五、对“U”形焊缝进行填充焊接，直至焊层距焊缝2上端面5mm；

步骤六、对焊缝2进行表面硬化层焊接，直至焊层高出焊缝2上端面3-5mm；

步骤七、焊接完成且待导轨自然冷却后，对焊缝2的上表面进行打磨，使整体导轨具有良好的平面度。

在一种实施中，导轨的材料的牌号为42CrMo。

在一种实施中，所述“U”形槽状的焊缝2的深度为单轨零件1厚度的1/3，宽度为深度的2/3。

在一种实施中，步骤五、六中所述填充焊接和表面硬化层焊接是以逐层堆焊的方式实现。

在一种实施中，每层焊接完对焊缝进行震荡去应力。

在一种实施中，步骤五、六所述焊接过程中对焊缝2进行保温，温度为160～250℃。

在一种实施中，对多个焊缝2同时焊接时，需采用对称作业的方式，即同时焊接的焊缝2要关于环状导轨对称。且避免同时焊接相邻的焊缝，以防止焊接过程中整体导轨的不均匀变形。

在一种实施中，所述导轨的单轨零件1的弦长为2.5～4米。

本发明解决的技术问题是大型回转设备的高精度基础导轨的设计制造，其特点及有益的技术效果是设计了“U”形焊缝和底部垫板焊接的接口形式，使得焊接应力与底部垫板形成平衡受力关系，保证了接缝处的变形较小；“U”形焊缝深度为导轨厚度的1/3，在保证焊接性能的情况下，提高了焊接强度，从而增大了焊缝的承载能力；本发明技术方案适合大直径导轨，精度高，且焊接为一个整体，具有更高的稳定性。导轨为整体焊接式，且具有较高的平面度精度，可以为大型回转设备的平稳运转和精确定位提供可靠的保障。

附图说明

图1为整体焊接式导轨结构示意图

图2为导轨对接待焊的结构示意图

图3为单轨零件1的结构尺寸示意图

图4为焊缝2的结构尺寸示意图

图5为支撑垫板3的调平示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

本实施例中，参见附图1、3所示，所述导轨面中心直径19.5m，导轨面宽度190mm，要求导轨面整体平面度0.25mm，承载能力大于550吨。其由20段单轨零件1焊接形成整体，设计制造分为单轨零件1设计，焊接坡口设计，单轨零件1制造，导轨安装，导轨焊接，U形焊缝2打磨六个步骤，具体如下：

步骤一、单轨零件1设计

单轨零件1材料选用高强度钢42CrMo，并经过调质处理，具有良好的韧性和抗冲击性能。截面尺寸400mm×210mm，采用圆弧结构，外弦长3113.046mm，内弦长2987.898mm，导轨面宽度190mm；

步骤二、焊接坡口设计

焊缝2坡口采用U形结构，高度约为单轨厚度的1/3，既保证了整体导轨焊缝2处具有足够的承载强度，又减小了焊接量，进而减小了焊接过程中产生的焊接应力和变形，有利于整体导轨精度的保证，焊缝坡口尺寸如图4所示。

步骤三、单轨零件制造

单轨零件1的制造工艺为：下料—锻造—粗铣—超声波探伤—调质—半精铣各表面—导轨面中频淬火与回火—导轨面探伤—热整形—精铣各表面—钻孔—终铣导轨面。

步骤四、导轨安装

整体导轨安装于360-M36预埋螺栓6上，由支撑螺母垫片5及压紧螺母垫片4固定，单轨零件1之间的焊缝2下方由600mm×600mm×56mm的支撑垫板3作为辅助支撑，增加结构强度，改善焊缝2处的受力条件，如图2所示。导轨安装的精度直接决定最终整体式焊接导轨的精度，分为支撑垫板3安装及调平和单轨零件1安装及调平两个步骤，用到的仪器设备包括：水平仪、跨桥、激光跟踪仪、力矩扳手、不同厚度规格的不锈钢垫片等。

4.1支撑垫板3安装及调平

4.1.1确定20块支撑垫板3的安装位置并将支撑垫板3全部吊装到位，并对支撑垫板3沿顺时针方向进行①-2○0编号。

4.1.2粗调支撑垫板3。将20块支撑垫板3大致调整到预定高度，并确保每块支撑垫板3与其下方的四组支撑螺母垫片5全部接触。

4.1.3精调单个支撑垫板3。用水平仪7监测，通过调整①号支撑垫板3下方的四组支撑螺母垫片5将其调平(支撑垫板3两个水平方向均需调平)，调平后要确保四组支撑螺母垫片5均处于支撑状态。再以①号支撑垫板3为基准调整②号支撑垫板3，调整方式如图5所示，1#水平仪7监测①号支撑垫板3和②号支撑垫板3之间的水平，2#水平仪7监测②号支撑垫板3自身两个方向的水平。

4.1.4按照上述方式，再以②号支撑垫板3为基准调平3○号支撑垫板3。以此类推，将全部支撑垫板3调平，但在调整过程中，为了减小水平仪7监测调整过程中的累计误差，以①号支撑垫板3为起点，沿顺时针方向和逆时针方向各调整半数的支撑垫板3。

4.1.5精调整体20块支撑垫板3。用激光跟踪仪监测，对20块支撑垫板3进行微调，使20块支撑垫板3的整体平面度误差＜0.15mm。

4.2单轨零件1安装及调平

4.2.1安装位置确定。由于整体导轨是由20段单轨零件1拼接形成，在加工制造过程中各单轨零件1的厚度存在偏差，故需要对20段单轨零件1的厚度进行测量，再根据测量数据合理安排各单轨零件1的位置，使相邻两单轨零件1之间高度差尽量小。

4.2.2根据确定好的安装位置将20段单轨零件1吊装到位，两端由支撑垫板3支撑，并对单轨零件1沿顺时针方向进行1#-20#编号。

4.2.3加垫不锈钢垫片。为进一步减小各单轨零件1在制造过程中的厚度误差对整体导轨安装精度的影响。需要在两相邻单轨零件1与支撑垫板3接触位置加垫不同厚度规格的不锈钢垫片，使相邻两单轨零件1安装后的导轨面等高。

4.2.4单轨零件1调整。由20段单轨零件1组成的整体导轨的调平方法和前述20块支撑垫板3的调平方法相同，即先用水平仪7调整1#单轨零件1两个方向的水平，再以1#单轨零件1为基准沿顺时针和逆时针两个方向将20段单轨零件1调平。最后，用激光跟踪仪监测，对整体导轨进行局部微调，使其整体平面度误差＜0.2mm(在调整过程中需要用力矩扳手将全部压紧螺母垫片4的预紧力矩加到1150N·m)。

步骤五、导轨焊接

导轨焊接为整体焊接式导轨设计制造过程中最关键的一步，也是整个制造工艺的核心，单条焊缝2的焊接分为打底焊接、填充焊接和表面硬化层焊接三部分。

5.1焊条的选择

导轨焊接选用如下三种焊条：

A507焊条；Z308焊条；D507焊条。

5.2焊前准备

在焊接前需要准备的主要设备和工具包括：直流焊机、上述三种焊条、温控箱、温度传感器、手持测温仪、百分表、电锤、加热片、石棉绒、钢丝刷等。

5.3焊接工艺流程

5.3.1清理待焊接焊缝2，要求待焊接面光洁无油污、残渣等；

5.3.2在待焊接焊缝2左右单轨零件1末端各架设两块百分表，监控焊接过程中单轨零件1的变形(百分表的数值均需要调整为零)；

5.3.3将加热片固定在焊缝2两侧单轨零件1的侧面，温度传感器放置于加热片和单轨零件1之间，再用石棉绒包裹住焊缝2及其两侧单轨零件1各1m的长度，用于加热过程中的保温，最后将加热片通电加热，加热温度250℃。

5.3.4整个加热过程需要将焊缝2待焊接面温度加热至160℃，手持测温仪测量温度达到160℃后，需要继续加热保温2小时，使焊缝2周围充分均匀受热，并且在焊接过程中要持续加热保温。若在焊接过程中待焊接面温度低于160℃，需要停止焊接，待温度达到要求后方可继续焊接。

5.3.5在焊缝2两端焊接引弧板和熄弧板。

5.3.6打底焊接。调整焊接电流100A，推力电流0A，用A507焊条在焊缝2底部从两侧向中间堆焊第一层，直至未焊接区域宽度缩短至5-8mm；调整焊接电流110A，推力电流5A，用Z308焊条对第一层进行合拢焊接。

5.3.7打底焊接完成后，用电锤对焊缝2表面进行锤击，直至单轨零件1末端四块百分表的数据归零。

5.3.8填充焊接。调整焊接电流100A，推力电流0A，用A507焊条对焊缝2进行逐层堆焊，每一层的焊接均采用由两侧向中间的顺序。填充焊接直至焊接表面距离导轨面5mm时结束。

5.3.9表面硬化层焊接。调整焊接电流100A，推力电流0A，用D507焊条对焊缝2上面部分进行逐层堆焊，表面硬化层焊接直至焊接表面高出导轨面1-2mm时结束。

5.3.10焊接结束后，用石棉绒对焊缝2及其周围区域保温冷却至室温。

5.3.11将焊缝2侧面及上表面粗打磨，对焊缝2进行表面着色探伤和超声波探伤。

步骤六、焊缝2打磨

焊接结束后，对20条焊缝2进行精打磨，使整体导轨的平面度不大于0.25mm。

Claims (8)

1.一种焊接式整体导轨的制备方法，所述导轨为环状，直径超过9米，其特征在于：该制备方法的步骤如下：

步骤一、将环状导轨分段加工成单轨零件(1)；

步骤二、在单轨零件(1)的待焊面上部沿宽度方向加工贯通的焊接坡口，使两个单轨零件(1)待焊面上的焊接坡口对接以后形成“U”形槽状的焊缝(2)；

步骤三、将单轨零件(1)待焊面组装在一起形成整体环状的待焊导轨，在焊缝(2)的底部用支撑垫板(3)支撑两个单轨零件(1)对接的接头；

步骤四、对待焊导轨整体调平并压紧固定；

步骤五、对“U”形焊缝进行填充焊接，直至焊层距焊缝(2)上端面5mm；

步骤六、对焊缝(2)进行表面硬化层焊接，直至焊层高出焊缝(2)上端面3-5mm；

步骤七、焊接完成且待导轨自然冷却后，对焊缝(2)的上表面进行打磨，使整体导轨具有良好的平面度。

2.根据权利要求1所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：导轨的材料的牌号为42CrMo。

3.根据权利要求1所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：所述“U”形槽状的焊缝(2)的深度为单轨零件(1)厚度的1/3，宽度为深度的2/3。

4.根据权利要求1所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：步骤五、六中所述填充焊接和表面硬化层焊接是以逐层堆焊的方式实现。

5.根据权利要求4所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：每层焊接完对焊缝进行震荡去应力。

6.根据权利要求1所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：步骤五、六所述焊接过程中对焊缝(2)进行保温，温度为160～250℃。

7.根据权利要求1所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：对多个焊缝(2)同时焊接时，需采用对称作业的方式，即同时焊接的焊缝(2)要关于环状导轨对称。

8.根据权利要求1所述的焊接式整体导轨的制备方法，其特征在于：所述导轨的单轨零件(1)的弦长为2.5～4米。

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