淺談螺旋鉆機立柱焊接后的火焰校正工藝

王德軍/WANG De-jun

(山河智能裝備股份有限公司，湖南 長沙 410100）

立柱是螺旋鉆機十分重要的核心結構件，是螺旋動作的主要支撐，也是使用非常頻繁的部位。隨著用戶對大型工程項目的開發，要求不斷提高，加速了用戶對工程效率的追求。螺旋鉆機的用途越來越廣，高度也在不斷增加，立柱的直徑也越來越大，需要立柱承載的強度也越來越高，因此對于立柱的要求就更加嚴格。是否有一個可靠的立柱是螺旋鉆機可靠性的重要表現。而決定立柱質量的一個重要的環節就是焊接質量，目前的立柱最高在36m左右，每一節立柱的焊接變形會直接影響立柱組對后的直線度，將焊接變形控制在適當的范圍內就顯得十分重要。事實證明，焊接過程中對變形的控制是可以體現螺旋質量的，而焊接變形又是事實存在的，所以立柱的校正就成了十分必要的工序。本文通過制造過程的工藝性分析，確定了立柱制造的校正技巧及原則，確立了“雙金屬片”原理，規范了烤火校正的方法。

1 螺旋鉆機的結構

圖1 螺旋鉆機結構圖

螺旋鉆機基本結構如圖1所示，履帶式回轉車身前端與立柱的下端鉸接，車身的后端通過支撐桿與立柱的中上部鉸接，實現了立柱的挺立；鉆桿裝在上滑座和下滑座里面，保證了鉆桿的方向和角度，提供了施工的位置，上滑座和下滑座可以在立柱上面滑動。

2 立柱的結構

立柱的長度決定了螺旋鉆機的工作能力，目前大型的工程不斷增多，螺旋鉆機的高度也在不斷加高。立柱一般是采取分段連接的方式制造，不同高度的立柱采用的節數不同，這樣不但工藝性強而且安裝運輸使用方便。

圖2 立柱的焊接零件

立柱的每一節如圖2除了滑軌及附屬設施等主要由以下5個零件焊接而成，首先在樁筒的兩頭焊接內加強環，兩端各焊接1個凸凹法蘭，法蘭和樁筒用加強板加固，很多的加強板均布焊接，這樣就組成1個分凸凹頭的組件。

3 火焰校正工藝方法

每一節組件長度在6m左右，所有組件用螺栓連接在一起就形成了立柱。為了減少兩端法蘭的變形，先將加強環焊接在樁筒的兩頭，由于樁筒的直徑較大，焊接后變形較大，無法將法蘭套在樁筒上，使內圓與樁筒配合，為了改變這種變形情況，需要對焊后的樁筒進行校正，直到圓度能適合設計的間隙，這是一個非常艱難的操作過程。在制造螺旋鉆機的立柱時，還是使用火焰校正的工藝居多，火焰校正操作者往往需要通過反復的烤火，才能勉強將法蘭套到樁筒上去，并且找不出規律，永遠是靠經驗，一旦更換操作人員，制作的難度就可想而知，沒有什么規范可以借鑒，所以在工廠里被列為非常耗費工時的工序。

為保證滿足焊接結構技術條件，防止裂紋和某些其他的焊接缺陷產生，改善焊接接頭的韌性，消除焊接應力，一些結構需要進行熱處理。熱處理需要注意的事項如下。

1）在焊接位置適當的烤火是可以優化焊接質量的，為了不影響母材的機械強度，火焰校正時要特別注意使用的校正溫度，加熱后母材的顏色為暗櫻紅色至櫻紅色。

2）快要亮的時候停止，但一定不要使發亮超過2s；烤火后最好采取空冷的方式，使用水冷時要根據不同的材質使用防銹劑的水溶液冷卻，并且在加熱過程中不要澆水，即使非要采取水冷，要等加熱點失去紅態后再加水冷卻。冷卻速度越大，焊縫中的珠光體越多、越細，同時焊縫的硬度增高，但冷卻速度過高會引起焊縫和熱影響區中產生淬火組織，甚至導致產生冷裂紋等缺陷。

3）為保證綜合機械性能，最好不要采取水冷。

目前使用比較多的火焰校正方法有：線狀加熱、三角狀加熱和點狀加熱等。線狀加熱溫度控制在650℃以下，不應在同一位置反復加熱；三角狀加熱三角形的寬度不應超過板厚的2倍；加熱面積不能太大，最好是小面積多處加熱，即點狀加熱。

4 火焰校正的原理、方法與應用

1）雙金屬片彎曲的原理 兩塊金屬板連在一起，一塊為銅板，另一塊為鋼板，初始狀況為平整的，當環境溫度升高時，會出現彎曲，這就是雙金屬片彎曲的原理。雙金屬片彎曲，是因為兩種金屬受熱后的膨脹系數不一樣。

2）雙層鋼板烤火工藝 兩塊銅板連接在一起，初始狀態是很平整的，我們如果對某鋼板一側進行烤火，晶粒發生變化，晶粒細化并產生收縮，在冷卻以后會出現一個R的彎曲。如果鋼板初始狀態是不平整的，就可以通過烤火實現對結構件的校正。如果想控制烤火的變形尺寸，還是要靠經驗保證，有時會出現烤火不足，烤火過量等現象。為了滿足要求，就不得不反復烤火，這樣不但影響結構件的質量，而且制造成本也隨之增加。

3）可控性火焰校正原理 該原理也稱烤火校正的“雙金屬片”原理。烤火校正的“雙金屬片”原理就是對需要火焰校正的雙層板，兩邊分別烤火，兩次烤火設置時間間隔，在先烤火一側冷卻收縮的時候后烤火的一側正好強度降低脹開；通過對時間間隔的控制從而控制變形量的工藝方法。

4）烤火校正“雙金屬片”原理在箱體校正上的應用。在箱體上面采取火焰校正工藝的時候，和雙層板校正的原理一樣，也遵守烤火校正的”雙金屬片”原理的工藝方法。箱體經過烤火校正的前后效果對比如圖3所示。

根據以上原理，可以得出一平面烤火校正的方法：調節火焰，合理掌握烤火時間，控制火焰的溫度，找尋高點，按照烤火規則進行烤火，就實現可以校平。

5 火焰校正需要注意的事項

1）加熱位置最好不要在結構最大界面位置（結構受力最大處）。

2）不要在同一處多次加熱。

3）加熱火焰不能太強，最好不要采用氧化焰加熱。

6 結 論

采取烤火校正的“雙金屬片”原理校正結構件，可以實現可控性火焰校正。此原理利用兩次烤火的時間差，在第二次烤火時，第一次烤火已經進入收縮狀態，一個隨時生成的力源，并通過這個力源進行校正，從而為火焰校正的工業化生產提供了可靠的工藝基礎和理論依據。

[1] 陳祝年．焊接工程師手冊［M]．北京：機械工業出版社，2002.

[2] 陶宗澤．鋼材變形火焰校正方法［J］．2008，(11)：44-45.

[3] 中國機械工程學會焊接學會．焊接手冊[M]．北京：機械工業出版社，2001.