軋機聯軸器主傳動軸的裝配焊接工藝研究

肖德政，段世新，權建軍

(中信重工機械股份有限責任公司焊接工藝研究所，河南 洛陽 471039)

0 前言

軋機聯軸器的主傳動軸由五部分組成，即法蘭、鋼管1、鋼管2、中間段和套筒，如圖1所示。凈質量21 622 kg，材質均為35CrMo。主傳動軸的四條環縫焊后需保證兩端內孔的軸線同軸度小于等于1 mm（主傳動軸的內孔焊后不再加工），且所有對接焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內全熔透，焊后焊縫超聲波探傷應符合GB/T11345中B類Ⅰ級執行，磁粉探傷應符合JB/T4730中Ⅱ級。

1 制作難點分析

1.1 保證兩端內孔軸線同軸度小于等于1mm

裝焊前法蘭的端部齒形及其余各面已加工到圖紙尺寸；鋼管1、鋼管2已加工成形，焊后不再加工；焊后僅加工中段軸、套管外圓及套管右端面，中段軸外圓5 mm加工余量，套管外圓7.5mm加工余量。采取適當的裝焊順序和方法控制焊接變形，保證同軸度。

1.2 焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內全熔透

35CrMo鋼的碳當量值Ceq=0.72%，其化學成分與機械性能如表1、表2所示。由此可見，該種材料的焊接性不良，其碳含量高，合金元素多，焊接時其淬硬傾向較大，焊后熱影響區產生脆硬的馬氏體，導致熱影響區熱裂和冷裂傾向較大。因此，需在鋼管壁厚90mm范圍全熔透，且滿足探傷要求有一定難度。

表1 35Cr Mo的化學成分（JB/T6396-92） %

2 裝焊順序的確定

圖1 結構示意

表2 35Cr Mo的力學性能（JB/T6396-92）

從中間向兩端分段裝焊，即：先將中間段和與其相鄰的鋼管裝配在一起，焊前調整到軸兩端的內孔同軸度小于等于0.5 mm后，焊接中間段與其相鄰件的兩道環縫；焊后再裝主傳動軸的一端法蘭，調整此狀態下的軸兩端同軸度小于等于0.5 mm后焊接軸與法蘭的焊縫；最后裝焊另一端頭的套管，焊接前先調整套管與其他件之間的同軸度小于等于0.5 mm后，焊接套管與相鄰件的焊縫。

3 焊接坡口設計

由于產品要求所有對接焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內全熔透，焊后焊縫超聲波探傷應符合GB/T11345中B類Ⅰ級執行，磁粉探傷應符合JB/T4730中Ⅱ級；且主傳動軸的內徑僅φ685，所有環縫的內側清根無法實現。為確保全熔透，所有環縫的坡口形式設計為插接結構，坡口形式如圖2所示。

圖2 坡口形式

所選坡口形式具有以下特點：（1）坡口底部5 mm深的止口，能夠保證焊縫在鋼管壁厚90 mm范圍內全熔透；（2）插接結構的坡口形式，相當于在對接坡口的底面加了一個襯墊（20 mm厚），以防止焊接過程中焊縫在根部擊穿。

4 焊接方法與焊接材料選擇

4.1 焊接方法

坡口根部先用氣體保護焊打底，右側接口處焊角尺寸不小于10 mm，然后埋弧自動焊填充和蓋面。

4.2 焊接材料選用

根據焊縫與母材相匹配的原則，打底焊采用φ1.2 mm的SM700焊絲，填充和蓋面選用φ4.0 mm的GHM70焊絲和焊劑GM70，其化學成分和力學性能分別如表3～表6所示。

表3 SM700熔敷金屬化學成分 %

表4 SM700熔敷金屬機械性能

表5 GHM70+GM70熔敷金屬化學成分 %

表6 GHM70+GM70熔敷金屬機械性能

4.3 焊接工藝參數

由于35CrMo碳當量高，合金元素多，焊接時其淬硬傾向較大，焊接性差，焊接時應采用小電流、快速焊，控制熱輸入的線能量在20 kJ以內，焊前預熱250℃～300℃，焊接時層間溫度不低于250℃，焊后焊縫立即進行遠紅外線退火。具體的焊接工藝參數如表7所示。

5 裝焊工藝過程

5.1 裝焊工藝連接板1

由于該傳動軸的五大部分的材質均為35CrMo鋼，焊接性較差，因此在五大部分的相鄰聯接口處的十字中心線上分別裝焊四塊（一個端面）工藝連接板1（材質為Q235A），共計裝焊32塊工藝連接板1，工藝連接板1的形狀和裝焊位置如圖3所示。

表7 焊接工藝參數

圖3 工藝連接板

裝配時注意“工藝連接板1”的位置一定要在工件截面的四條中心線上，以保證與相鄰工件接口處的“工藝連接板1”的位置減少錯邊，確保裝配調整。由于“工藝連接板1”起著連接和調整的作用，故必須保證“工藝連接板1”與工件之間的焊縫質量，首先需將待焊區域預熱到250℃，采用φ1.2 mm的ER50-6焊絲進行CO2氣保焊，焊接電流160～180A，電弧電壓22～24 V，焊接速度330～400 mm/min。

5.2 裝配焊接中間段與鋼管1、鋼管2

（1）裝配中間段與鋼管1，調整兩端同軸度小于等于0.5 mm。

將中間段與鋼管1的接口處的連接板1位置對齊，并在接口處的連接板1上裝點球墨螺栓，如圖3所示（一個結合口共計4個球墨螺栓）。在軸兩端架等高塊(等高磁鐵）、拉魚線用卷尺測量軸體到魚線的距離確定各部彎曲情況，各點測量值之差控制在0.5 mm以內，調整球面螺栓松緊，利用其收緊及張開力來調整軸體直線度，鉚工用鋼尺測量軸體與魚線距離，粗調各段誤差至0.5 mm以內，再用測微準直望遠鏡進行同軸度檢測，同時采用球墨螺栓微調至工件的同軸度小于等于0.5 mm后，裝配并焊接結合部位處的4塊工藝連接板2，如圖3所示(材質為Q235A)。焊接結合部位處的4塊工藝連接板2時，為盡可能的減少焊接變形對同軸度的影響，最好兩名焊工在對稱位置上同時對稱施焊，焊接完畢后趁熱去掉球墨螺栓。

（2）裝配后焊接前工件兩端同軸度的校驗。

工藝連接板2焊接牢固后再次用測微準直望遠鏡進行檢測，查看變形情況，檢測同軸度小于等于0.5 mm可以施焊。

（3）預熱、焊接中間管與鋼管1的焊縫。

將工件放置焊接滾輪架上，在開始轉動后用煤氣對第一道焊縫進行加熱，預熱溫度滿足大于等于250℃要求后，準備打底焊，焊接方法：CO2氣體保護焊打底焊接，打底焊10～15 mm時，再采用焊接操作機進行埋弧焊填充及蓋面，具體工藝參數詳見4.3節。焊接過程中時刻用測溫儀監控焊縫兩側溫度，溫度不得低于250℃。

（4）焊接中間管與鋼管1的焊縫的退火。

焊接完成后趁熱割掉工藝連接板1，同時馬上對焊縫區域用履帶式加熱片進行遠紅外退火，退火前中間用千斤頂支撐以防止自重引起的下榻，退火后焊縫冷卻至環境溫度進行超聲波探傷。

（5）退火后再次進行同軸度的檢測。

退火后焊縫探傷合格后再用激光跟蹤儀進行同軸度檢測。

（6）裝焊鋼管2、裝配焊接法蘭和套管的方法與中間段和鋼管1的焊接方法一致。

6 產品檢驗

按上述裝配焊接工藝措施，在鋼管壁厚90mm范圍內焊縫100%超聲波探傷一次合格，達到GB11345-89中B類Ⅰ級，同時焊縫表面按照JB/T4730中Ⅱ級磁粉檢驗合格。

主傳動中兩端的同軸度焊后檢測為0.95 mm，達到了設計要求的主傳動軸四條環縫焊后需保證兩端內孔的軸線同軸度小于等于1 mm。

7 結論

多段拼接軸裝焊時，尤其是對于焊接性差的母材，工藝連接板的裝焊方法、多段拼接軸的合理的裝焊順序、采用球面螺栓、磁鐵、魚線等進行的粗調和精調整以及合理的焊接坡口形式和焊接工藝參數，最終確保了產品質量，同時為以后類似產品的生產提供了可靠技術支撐。