φ1626mm鋼管水壓機主缸體的焊接

攀鋼集團成都鋼鐵有限責任公司 （四川 610500） 韓紅梅

1.概述

我廠承接了由中國重型機械研究院（西重所）設計，在國際上也屬于超大型的φ1626mm鋼管水壓機的制造任務，其結構主要由機架、排氣移動小車、充水裝置和排氣頭試壓工具以及輔機設備等組成。而移動排氣小車上的主缸是水壓機的關鍵部件，技術要求十分嚴格，也是我廠首次制造大規格的主缸。由于φ1626mm水壓機主缸缸體長2640mm，缸體頭部外徑1840mm，缸體外徑1620mm，內徑1220mm，厚度高達200mm。缸體要求按JB/T5000.15—1998鍛件Ⅳ級鍛件驗收，其力學性能要求如下：σb≥480MPa、σs≥280 MPa、δ5≥12%、 Akv≥39J，材質采用了20MnMo。設計工作壓力28MPa，試驗壓力34MPa。

由于該缸體尺寸較大，產品凈重高達22.5t，整體制作難度大，超出我廠設備生產能力，故決定將主缸分拆為兩段來制造，再組焊為一個整件，既降低單件重量，又減少了制造加工成本，從而大大縮短制造工期和降低制造難度、費用。為此確定了分斷位置及坡口形式，并通過機加工來保證焊縫坡口的精確度，同時選擇合理的焊接工藝及措施，確保焊接質量。

2.主缸體分段方案

（1）根據對高壓缸體工作時受力狀況的分析以及便于鍛制和加工，確定了主缸的分段位置，分為缸體頭段、缸體尾段兩部分，并確定了對接焊坡口形式，如附圖所示。

缸體結構

（2）為確保焊后兩端達到同軸度要求，在兩段缸體的焊縫連接位置設計了長60mm、厚10mm的環狀止口。為確保對接處根部焊透，每段缸體對接處留間隙2～3mm、鈍邊3mm。設計環狀止口可以達到兩個重要效果：一是起到了組裝焊接前的定位作用；二是增設了根部焊縫的墊板，使熔深最低位在墊板處，待焊后加工去除該墊板后也就清除了焊縫根部容易造成缺陷的位置，確保了根部的完全焊透和焊縫底部的焊接質量。

3.焊接性分析

20MnMo化學成分和力學性能如表1所示。其碳當量Ceq≈0.46%，由此可見20MnMo鋼的淬硬傾向尚不嚴重，焊接性一般。但由于焊縫厚度達200mm，為避免產生冷裂紋，仍需要采取嚴格的工藝措施，即焊前預熱，焊后進行消除焊接應力熱處理等。

表1 20MnMo的化學成分和力學性能

4.焊接工藝

通過對20MnMo鋼的焊接性分析，并結合我廠實際狀況，確定的焊接方法為先用焊條電弧焊打底焊，再實施埋弧焊。

（1）焊接材料的選擇 焊條電弧焊打底：采用E5015（J507 ）；埋弧焊填充、蓋面焊：在自動焊床上采用埋弧焊進行焊接。焊絲選用大西洋牌型號為CHW－S2CG（H08MnA ）＋焊劑CHF301，φ4mm填充，φ5mm蓋面焊。

焊條CHE50（型號E5015、牌號J507 ）化學成分如表2所示，熔敷金屬力學性能如表3所示。

焊絲CHW－S2CG（H08MnA ）化學成分如表4所示，熔敷金屬力學性能如表5所示。

表2 焊條CHE50熔敷金屬化學成分（質量分數） （%）

表3 焊條CHE50熔敷金屬力學性能

表4 焊絲CHW－S2CG化學成分（質量分數） （%）

表5 焊絲CHW－S2CG熔敷金屬力學性能

（2）焊接設備 由于工件超重，為保證焊接全過程的安全，采用托輥支撐，將工件夾頂在我廠用C61100車床改造的堆焊機床上進行堆焊。埋弧焊機采用施威牌ZD5－1250晶閘管弧焊整流器，焊條電弧焊選用ZX5－630直流焊機。

（3）焊前清理與保護 由于坯料是分段鍛制而成、經粗加工后方可實施焊接，為此坯料質量的好壞直接影響焊接質量，故應對所有坯件逐一檢查外形尺寸，全部進行了著色、超聲波探傷，對缺陷處補焊磨光，直到著色、超聲波探傷合格后為止。焊前必須完全清除表面氧化皮等雜質，污物和脂油用丙酮清洗，油漆用堿、標記墨水用甲醇清除，特別是焊接接頭兩側各50mm范圍，包括鈍邊和坡口，從而保證所有焊件表面的清潔性和內外在質量。

（4）組裝、定位、打底焊 將主缸體兩段的內外止口配合，在垂直狀態裝配為一體，在外圓上用6件20mm×100mm×200mm的Q235鋼板將工件均布焊接連接牢固，然后再整體平放，在焊縫水平位置進行打底焊，邊滾動邊焊接。為安全運輸，焊層厚度保證5mm，焊完后打磨干凈焊縫表面進行磁粉探傷，確認無缺陷后，取掉連接板。

（5）焊接參數選擇 第一，焊前對主缸進行加熱爐整體預熱，預熱溫度200～250℃。

第二，打底焊：采用E 5015（J 507）、φ3.2mm打底，焊條需經350℃烘焙1h，置于保溫筒中，隨取隨用。φ3.2mm，焊接電流100～140A；φ4mm，焊接電流100～140A。

第三，埋弧焊參數：焊接電流575～600A，電弧電壓34～36V，焊接速度30m/h，焊接熱輸入控制在20～30kJ/cm。

由于該主缸體焊接量很大，故采用多層多道焊接，在焊接至焊接總量一半時（即100mm處），必須進行一次中間退火和超聲波探傷檢查，退火溫度控制在580～620℃。

為確保焊縫質量，層間溫度控制在200～220℃，注意焊后保溫緩冷。主缸體焊接完成后再次進行整體退火、保溫、緩冷。

（6）焊后焊接質量評價 按JB/T4730.3－2005對焊縫進行100%超聲波探傷檢查達到Ⅱ級合格。按圖樣設計要求進行70MPa的水壓試驗，保壓10min，缸體無滲漏及冒汗現象，試壓結果為合格。

5.結語

通過對材質為20MnMo鋼的φ1626mm水壓機主缸體焊接工藝分析和焊接生產實踐，成功解決了大尺寸、大規格、高要求主缸體的焊接，圓滿完成φ1626mm鋼管水壓機的制造任務。用戶使用一年來，各項指標均正常。 （20121203）