KYF-300浮選機上部槽體制作工藝研究

唐家偉，潘 鑫，劉義敏，姚明釗

（北京礦冶研究總院固安機械有限公司，河北廊坊 065500）

KYF-300選機是北京礦冶研究總院研制的超大型浮選機，處于國際領先水平，其特點是日處理礦漿能力大，單位能效低，占地面積小，生產效率高，從而得到許多大型礦業公司的青睞（中鋁秘魯項目就投產了28臺，中國黃金烏山項目投產18臺），成為市場的主流產品。為了適應產品規模化需要，本文結合KYF-300浮選機結構特性及KYF-100大型浮選機工業試制經驗[1]，就KYF-300超大型浮選機上部槽體工業制作進行工藝研究，目的是為了今后大批量生產制定合理化裝配焊接順序方案，提高產品質量，降低生產成本，增強國內及國際市場競爭力。

1 原材料及設備

1.1 原材料

本次試制產品用的主要原材料為Q235B鋼板，鋼板厚度分別為：δ1=10 mm，δ2=16 mm，其成分及力學性能見表1及表2。

表1 Q253B級鋼板主要化學成分

表2 Q253B級鋼板的力學特性

以上原材料經復檢（外觀檢測、物理檢測）,原材料表面沒有麻點、凹坑和銹斑等缺陷，力學性能符合要求，厚度及其他性能也都滿足GB/T3274-2007標準。

1.2 設備

本次產品試制所投入的生產設備主要有深圳佳士二氧化碳氣體保護焊、常州蘇達數控切割機、北京富華仿型切割機、武漢機床三輥卷圓機/剪板機以及無損超聲波探傷儀等工業設備。

2 KYF-300浮選機上部槽體的制作

2.1 槽體板材下料

KYF-300浮選機上部槽體結構復雜，主要由筒體及外置泡沫槽組成，具體見圖1，其下料主要涉及到放樣、卷板和尺寸檢驗。KYF-300浮選機上部槽體放樣時，筒體的展開尺寸均以筒節的平均直徑尺寸為計算依據，同時也應考慮板厚的實際尺寸對放樣帶來的誤差以及筒節在卷制過程中鋼板發生塑性彎曲變形，使鋼板沿厚度方向和長度方向發生變化。筒節外圓的周長延伸率ε可按式（1）[2]計算：

式（1）中，R0和R分別為彎卷前后的平均半徑，S為板厚。冷彎時，筒節存在外圓伸長率，在確定鋼板落料尺寸時應予以注意。

經上述分析，對筒節進行展開，具體放樣展開公式如（2）所示：

式（2）中，D1和D2分別為筒體的外徑及內徑（單位：mm），L為展開長度（單位：mm）。板料下好后，按表3要求檢查驗收，尺寸檢驗合格后再進行卷圓。

表3 板料尺寸允許偏差

外置泡沫槽由前/后底板、斜底板和外泡沫圓弧板組成。外置泡沫槽的前底板結構為橢圓形，外泡沫圓弧板為斜圓柱結構，對此結構放樣采取Solidworks三維軟件放樣。Solidworks三維軟件放樣的優點能將放好樣的前后底板、斜板和外泡沫圓弧板生成三維立體模型進行預裝配，即時發現那些放樣尺寸錯誤，避免在實際放樣中類似問題的出現。

板材采用數控切割機下料，氣割工藝參數見表4。數控下料精確度高，能保證工件的下料工藝技術要求。隨后將上述下好的板料在三輥卷圓機上卷制成型，弧度要略小于實際圓弧度，以方便后期裝配。

圖1 上部槽體示意圖

表4 數控氣割參數

2.2 KYF-300超大型浮選機上部槽體的焊裝

2.2.1 槽體的對裝

上部槽體橢圓度、豎法蘭定位和外置泡沫槽對裝是此次對裝過程的技術難題，為了解決這一技術難題，本文采用先裝圓弧板和外置泡沫槽槽體，再裝豎法蘭和底板的倒裝方法，并借助如圖2所示的工裝臺進行裝配。此工裝臺由24個高度為440 mm的支撐架和平臺法蘭固定架組成，均勻分布在直徑為8 210 mm和9 080 mm的圓上，具體裝配如下所述。

圖2 工裝臺

首先，在工裝臺及支撐架上用劃規分別畫出槽體上法蘭和圓弧板的焊接定位線。用專用吊裝工具將圓弧板和上部法蘭依次吊裝到制定好的工裝臺上（具體裝配如圖3所示），將其與焊接定位線調整合適，依次從中間向兩端分別點固牢靠，目的是防止圓弧板從工裝臺上脫落以及在對裝過程中不發生移動和扭曲，在一定程度上保證了槽體筒節的橢圓度。

圖3 上部槽體部件對裝的圖

其次，圓弧板與圓弧板之間是通過豎法蘭連接而成。在初裝時，連接法蘭用弧板工裝卡具（如圖4所示）替代安裝，此工裝即能保證豎法蘭的裝配間隙，又能保證在調節圓弧板時不發生局部扭曲變形。隨后用圓弧調節器將圓弧板調整合適，再給槽體圓弧板打剛性固定支撐來約束槽體回彈，支撐分上中下三層，每兩層之間通過支撐桿連接，具體見圖5。此支撐在徑向和軸向上約束圓弧板的兩個自由度，克服因弧板回彈對后續外置泡沫槽組裝的不良影響。

圖4 弧板工裝卡具

圖5 三層固定支撐

最后，根據外置泡沫槽的裝配工藝，先將外置泡沫槽筒體按要求裝配在上部槽體法蘭上，再將豎法蘭安裝在弧板工裝卡具位置，此安裝工序能防止在外置泡沫槽調整階段發生錯邊，避免后續豎法蘭安裝不上。外置泡沫槽底板及斜底板依次安裝在外置泡沫槽筒體上，通過泡沫底板及斜底板調整外置泡沫槽筒體與槽體筒節的距離，并確定裝配間隙。將對裝好的外置泡沫槽用電弧焊從中間向兩端對稱點固，點固定位焊長度要在10～15 mm之間，點焊焊腳尺寸為設計焊腳尺寸的1/3。

2.2.2 槽體的焊接

在裝配順序完全合理的情況下，若焊接次序不對，也會很容易產生焊接變形，進而影響產品質量，輕則造成返工，重則會報廢。因此，本文充分研究了外置泡沫槽體結構及焊接變形，并參考KYF-100浮選機上部槽體制作工藝[1]制定了科學合理的KYF-300超大型浮選機上部槽體焊接順序，具體如下。

（1）上部槽體的焊接工藝，采用J422焊條，BX-500型手弧焊機。本文施焊的具體焊接參數：外置泡沫槽焊縫為多層焊。第一層打底，焊條直徑Ф3.2 mm，焊接電流110～140 A，電弧電壓20～24 V，焊接速度8～10 m/h；第二層蓋面，焊條直徑4.0 mm，焊接電流150～180 A，電弧電壓22～25 V，焊接速度8～12 m/h。第一層打底焊采用單面焊雙面成型技術，要保證根部焊透。

（2）上部槽體的焊接順序，此順序方案是為減小外置泡沫槽的剛性拘束，避免槽體局部應力集中，使焊縫有最大限度的自由收縮余量，使產品一次成型，避免二次矯正，提高勞動效率，因此，編制合理的外置泡沫槽體施焊順序是本文的焊接關鍵技術。

根據先短后長、先橫（橫向收縮為主）后縱(縱向收縮為主)的指導原則，本文設計了此次上部槽體的具體焊接順序，具體如圖6所示。先焊接與豎法蘭連接的橫向收縮焊縫，再焊接外置泡沫槽底板的橫向收焊縫，緊接著焊接外置泡沫槽筒體與底板焊縫，最后焊接槽體筒節與底板焊縫，采用這種焊接順序主要是防止焊接應力集中，造成筒體及外置泡沫槽嚴重變形。

圖6 泡沫槽焊接順序示意圖

另外，焊接豎法蘭時采用從中間向兩端退焊法進行焊接，為保證間斷焊法蘭角變形量不超標，根據間斷單面角焊縫收縮（Δ橫）的估算公式（3）反推出了焊縫長度（L）與焊縫間距（e）的關系式（4），得出焊縫間距越大，焊縫長度越小，則單面角接焊縫收縮越小。

式（3）、（4）中：Δ橫為角接頭橫向收縮量，K為焊腳尺寸，δ、b、b1、e和L分別為板厚、板寬、焊縫長度和間斷長度，ξ2為0.4～0.6mm。計算得出，當e=300 mm，L=400 mm時，間斷焊單面角焊縫收縮量能滿足法蘭技術指標的要求，焊后槽體法蘭的效果圖如圖7所示。此焊接工藝即保證法蘭的技術指標，又能保證槽體的裝配質量，同時減少了返修的次數，有效地提高了勞動效率，降低了生產成本。

（3）焊接外置泡沫槽時，應先焊接環向焊縫，再焊接縱向焊縫。環焊縫主要受縱向應力影響為主，先焊接環焊縫時，工件能在縱向上自由收縮，拘束度較小，能避免一定程度的應力集中現象。若先焊接縱焊縫，再焊接環向焊縫，縱焊縫將環焊縫的縱向收縮剛性固定，勢必造成內應力集中，容易在槽體解體時發生撓曲變形，輕則影響二次裝配，重則造成產品報廢。

在焊接外置泡沫槽底板環焊縫時，應該先焊接泡沫槽外側環焊縫。在焊接外側環焊縫時，側面角焊縫受縱向收縮和橫向收縮應力影響，縱向收縮應力主要表現在焊縫兩端受壓應力，中間受拉應力，與筒體回彈應力方向相反，在一定程度上克服了筒體回彈應力，減少外置泡沫槽變形。隨后焊接泡沫槽內側環焊縫，在焊接內側焊縫時，內側環焊縫的縱向收縮應力使筒體外張，與外側環焊縫的殘余應力形成相反的應力，起預應力防變形作用。采用這種先焊接外側環焊縫后焊接內側環焊縫的方法，即能有效消除內應力，又能減少解體變形。

圖7 焊后槽體法蘭

以上焊接裝配順序能使得焊縫得到自由收縮，有效地控制外置泡沫槽的變形，減少返修的幾率，提高了勞動效率，降低了生產成本，同時又能解決外置泡沫槽的技術關鍵。

3 結語

實踐證明，對KYF-300超大型浮選機上部槽體工業制作，只要采取科學合理的放樣，下料工藝，對裝工藝以及焊接順序方案，就能制造出高質量的產品。此工藝已在36套KYF-300超大型浮選機上部槽體工業制造中得到了應用，不僅能提高勞動效率，而且能切實有效的控制產品質量。

［1］唐家偉，潘鑫.KYF-100浮選機槽體工業制作工業研究［J］.有色金屬：選礦部分，2012（4）：59-66.

［2］張軍英.鍋筒環縫對接焊縫邊緣偏差超標分析及對策［J］.長春工程學院學報：自然科學版，2009（2）：46-48.