GBC100大梁焊接的质量控制

第1页共6页GBC100罐包运输车纵梁焊接质量控制上海宝冶机动分公司万小兵一、摘要：我公司开发的GBC100型冶金罐包类运输车采用半挂车结构型式，由液力传动、动力换挡低速牵引车与专门用于承载罐包类容器的挂车组成，广泛应用于钢铁冶金企业相关物流运输需要。其挂车往往需要承受大吨位集中载荷，荷载一般为95T～320T，而挂车纵梁是罐包车最主要的承载部位，我公司产品通过巧妙构思，将挂车设计成为中空框架式结构型式，将最外边两根梁设计成箱型结构，同时作为挂车主纵梁和铁水包承载梁，因此纵梁的焊接质量控制非常重要。本文为有效控制纵梁因焊接的不均匀膨胀而导致纵梁变形及保证焊缝的成型质量提出了一些相应的控制措施。关键词：纵梁、焊接、变形、质量控制二、结构设计技术参数：罐包车纵梁设计宽度为300mm;前端高度为800mm，后端高度为500mm,总长度为6849mm，设计构造为倒Z型。1、壁厚及材质2、技术参数：两腹板设计间距：D=228mm纵梁最大承受荷载：Max=95t腹板单边坡口角度：30°上翼缘折弯半径：R=300mm下翼缘折弯半径：R=600mm图一三、由于结构的特殊性在制造过程中的主要技术难点腹板厚度16mm，钢材型号为Q345B翼缘厚度25mm，钢材型号为Q345B第2页共6页3.1根部焊缝问题：由于主梁采用的是箱型梁结构（见图二）且因结构的原因只能采用单面焊双面成形的焊接工艺。图二图三但这种工艺在该梁上选用也存在一定的缺陷，主要是结构的特殊性见（图三）其在焊接过程中翼缘板一侧熔敷金属很难和翼缘板熔合得很好且容易造成应力集中在动载中容易产生裂纹，在进行UT无损检测时也很难达到合格要求。3.2由于载重的大梁（承重梁）是倒Z形（见图一），因此对尺寸的精度要求很高，收缩变形的控制是关键，如果控制不好其装配尺寸无法保证，车辆在运行时就容易产生摆动和颠簸影响其使用寿命。3.3由于该梁为箱型结构且尺寸较长焊接时只采用单面焊接，坡口设计为单面V型（见图二），焊接时稍有不慎就容易出现弯曲变形还可能出现扭曲变形，且扭曲变形一旦发生，大梁矫正起来将非常困难，针对以上情况我们进行了反复讨论并制定了一系列严格的工艺措施。四、纵梁制造工艺控制措施：4.1下料时严格控制几何尺寸（误差控制在1.0mm内）。4.2坡口加工应均匀一致，如出现偏差应补焊修调到工艺要求的水平。4.3为了保证根部焊透我们采用了特殊的焊接工艺（拼装前先对根部进行处理）。4.4对纵梁连接焊缝截面积进行控制焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积，焊缝截面积越大,冷却时收缩引起的塑性变形量就越大，因此我们在保证焊缝强度达到设计要求的同时选择适当坡口角度，尽量减少焊缝的截面积。我们选择以单边开30°坡口,单面焊双面成型，焊脚尺寸控制在K=16mm来控制焊接截面积的大小。（如图四）腹板翼缘第3页共6页图四4.5对纵梁焊接热输入的控制由于施焊时焊接热输入越大被加热的高温区范围就越大而冷却速度则越慢,从而使接头塑性变形区增大；在GBC100罐包运输车纵梁的制作中我们利用热能模型，通过试验计算出纵梁焊接过程中的合理热输入，尽量减小纵梁在施焊时焊接区域的热量输入，有效控制纵梁焊接热影响区的大小。为控制纵梁在焊接过程中热量的有效输入我们选择如下的制造工艺参数：电流(A)：90~150A；电压（V）：19~23V焊接速度：15~26cm/min焊丝直径：￠1.2mm线能量的计算公式为：VIUQ式中Q——线能量，J／cm或J／mm；I——焊接电流，A；U——电弧电压，V；V——焊接速度，cm／s或mm／s。4.6纵梁焊接方法及焊接顺序与方向的控制不同的焊接方法其热输入差别较大，在其他条件相同的情况下,埋弧焊热输入最大,收缩变形也最大,手工电弧焊居中,CO2气体保护焊最小。因此我们在GBC100罐包车纵梁焊接时首选CO2气体保护焊，在确保其焊接质量的同时其热输入也达到最小，焊接区域的收缩变形也控制在最小的范围之内。在纵梁施焊前对纵梁进行点固焊，其点固焊所使用的焊接材料与正式焊接纵梁时所使用的材料相同，点焊长度≥10mm、高度≤5mm、间距≤300mm。为保证纵梁纵向焊缝焊透，我们在纵梁焊缝底部增设垫板其尺寸为50×4×L，所以在点固焊时，点固焊必须与垫板熔合，防止点固焊与垫板之间形成未熔合的缺陷。同时为防止第4页共6页焊后零件长度尺寸发生收缩变化，我们采用构件预留长度补偿法对焊缝纵向收缩变形进行补偿,在下料时对构件纵向焊缝每米长度预留一定的余量。同时在纵梁的焊接过程中我们对其纵向焊缝采用分段焊接的方法来控制焊接过程焊缝的收缩变形；首先我们对纵梁上下翼缘和腹板的连接焊缝进行了分段，总共分为五个部分，分段的情况见下图五；焊接过程按照工艺制定的分段顺序进行焊接；并对上下翼缘与腹板连接的两条焊缝进行多层多道焊的焊接工艺，焊接过程中对每一分段的上下两条焊缝的焊接方向、焊接速度及两台焊机的工作参数要求保持一致，且同一焊缝按同一方向焊接。图五4.7通过控制焊接层数来控制焊接变形罐包车纵梁焊缝我们设计为T型接头对接形式，在腹板上开单边a=30°坡口，由于多层多道焊每一层焊缝的热输入都比一次完成的单层焊缝热输入小得多，加热范围也小，冷却较快，产生的收缩变形较小，而且多层多道焊的前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，焊缝的纵向收缩变形比单层焊时小得多。因此，我们对纵梁焊缝设计为多层多道焊,且第一层焊缝在焊接过程的收缩变形又是多层焊中变形最大的一层，也是控制结构件焊后变形大小的关键，这对焊接过程热输入的控制要求较高，如果热输入过大，焊接部位的热影响区则会扩大，焊接残余应力也随之增大，焊缝在冷却过程产生的变形就会增大。在纵梁的制造工艺过程中我们针对各层变形大小的不同，制定了相应的焊接工艺参数，来控制焊后变形。见下表层数电流（A）电压(v)焊接数度(cm/min环境温度(℃)190~15019~2315~2024~272100~15019~2320~2624~273100~15020~2320~2624~274100~15020~2320~2624~27第5页共6页五、采用刚性固定法控制纵梁的焊后变形在纵梁组装焊接过程中，我们用夹具对其进行刚性固定，在纵梁焊接完成且焊接部位完全冷却焊接收缩变形固定后方可拆除固定夹具。六、产品检测结果：通过以上方法对纵梁焊接质量的控制，有关专业部门和甲方对大梁的检查，纵向缩量≤2.0mm，旁弯≤2.0mm无扭曲变形。GBC100罐包运输车大梁焊后的结构尺寸完全达到设计标准的规范要求，焊缝采用GB11345-89钢焊缝手工超声波探伤且达到Ⅱ级标准，一次检测合格率为100%；同时我们对GBC100罐包运输车进行了95吨满荷载爬坡试验，在试验过程中纵梁的焊接均达到设计强度的要求，甲方使用后非常满意。七、小结在GBC100罐包运输车的制造中我们采用了较科学的制造焊接工艺并严格执行工艺措施，使每个参加制造的人员都养成了严谨的工艺纪律使产品质量得到了可靠的保证；实践证明我们的工艺措施是正确的，当然我们的工艺措施也还有许多需要不断完善的地方，但我们有决心将来会做得更好。参考文献：[1]《工程机械焊接通用技术条件》JB/T5943-91[2]《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89[3]《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》GB985-1988WeldingQualityControlofLongitudinalinGBC100TankTrucksAbstract：Tanktrucksarewidelyusedforlogisticsandtransportinmoltenironandsteelmetallurgy,whichischaracterizedbyitsheavyload.Generally,itcanload95~320Tandlongitudinalisthemostmainoneofcarryingpartsintanktruck.Indomesticandabroad,concavecanbedesignedinitsstructureoflongitudinalgenerally,whichmanufactureverydifficult.Duringthelongitudinal第6页共6页productionoftanktruck,inordertocontrolitsexpansioneffectivelyduetounevenweldingmaycausetolongitudinaldistortionandensurethequalityoftheweldshape,thereareanumberofthecorrespondingcontrolmeasureshavemade.Keywords：Tanktruck;Welding;Distortion;Qualitycontrol