混凝土攪拌車滾道焊縫開裂的原因分析及修復(fù)方案

王會會，饒偉強(qiáng)，崔宗可，張承信

（徐州徐工施維英機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

攪拌筒是混凝土攪拌運輸車用于裝載、攪拌、運輸混凝土的關(guān)鍵部件。攪拌筒封頭處焊接有法蘭，后錐處焊接有滾道。攪拌筒由減速機(jī)帶動，并通過與滾道滾動接觸的托輪支撐的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)混凝土的裝卸和攪拌功能[1-2]（如圖 1）。因混凝土攪拌運輸車攪拌時產(chǎn)生偏載和車輛在復(fù)雜路面行駛中起步、制動，使攪拌筒受力極其復(fù)雜，設(shè)計或焊接工藝缺陷都有可能導(dǎo)致滾道焊縫開裂[3-4]。在經(jīng)過跟蹤、調(diào)查及翻閱各種資料后，筆者通過對滾道焊縫開裂問題進(jìn)行原因分析，并提出了修復(fù)方案。

圖 1 混凝土攪拌運輸車

1 焊縫開裂的原因分析

攪拌筒在工作時除了承受筒體自重及混凝土重量造成的彎矩以外，還承受著由于攪拌筒回轉(zhuǎn)運動而引起的轉(zhuǎn)矩作用以及混凝土在攪拌筒內(nèi)沿周向和軸向的作用力，受力比較復(fù)雜[5]。滾道在循環(huán)交變載荷的作用下，應(yīng)力較大區(qū)域可能形成初始微裂紋，然后發(fā)展成為宏觀裂紋，接著宏觀裂紋會繼續(xù)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致焊道或母材開裂。影響滾道的初始微裂紋主要的原因如下：

（1）滾道焊縫處的應(yīng)力集中

原因：滾道與筒體焊接時，焊縫處經(jīng)常出現(xiàn)應(yīng)力集中。此外，攪拌筒在使用過程中，滾道與托輪處的集中載荷以及滾道截面的整體變形也都會使焊接處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

對策：打磨應(yīng)力集中焊縫，重新施焊，對于已經(jīng)出現(xiàn)宏觀裂紋的焊縫或母材，打孔截斷裂紋源頭，重新焊接。

（2）滾道焊縫處的殘余應(yīng)力

原因：滾道與筒體剛度相差懸殊，一般情況下，攪拌筒筒體厚度為 6mm 的鋼板，滾道的徑向厚度在60mm 左右，筒體和滾道厚度相差很大，在焊接過程中，滾道的熱膨脹受到限制，并且在冷卻過程中的收縮也受到限制，而筒體受限程度遠(yuǎn)小于滾道，最終影響到焊接應(yīng)力的大小及分布不均，導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。

對策：調(diào)整焊接順序，減少單次熱量輸入，焊接過程中用紫銅錘敲擊構(gòu)件，采用振動時效方式調(diào)整、均化、消除殘余應(yīng)力。此外，對焊道進(jìn)行局部打磨，減少焊接缺陷。

（3）滾道與筒體的剛度變化

原因：滾道及筒體的剛度隨著車輛的使用呈遞減趨勢，大方量攪拌車尤為明顯，剛度的減弱會加速焊道的疲勞失效，導(dǎo)致焊道或母材開裂。

對策：在滾道與筒體接觸內(nèi)部增焊加強(qiáng)板，提高該區(qū)域的整體剛度，以增強(qiáng)焊接結(jié)構(gòu)的抗疲勞失效能力。

2 焊縫開裂的修復(fù)方案

當(dāng)攪拌筒與滾道出現(xiàn)焊縫開裂時，根據(jù)焊縫開裂程度的不同，可選擇相應(yīng)的修復(fù)方案。

（1）攪拌筒滾道出現(xiàn)周向局部焊縫開裂（見圖2）

因為是局部焊縫開裂，要控制滾道焊縫裂紋的繼續(xù)開裂。沿滾道周向環(huán)焊縫打磨出寬度≥5mm、深度≥4mm 的 V 型坡口，重新施焊，焊后補(bǔ)漆。具體焊接方案如下：1）首先在出現(xiàn)裂紋區(qū)域兩端各延伸 50mm范圍清理原焊接焊縫；人工手持砂輪打磨機(jī)將原焊道打磨干凈，并采用磨光機(jī)磨去 1mm 左右滲碳層，保證滾道與筒體露出金屬本身；清除干凈施焊部位周圍 20～30mm 范圍內(nèi)的油污、銹斑、涂料、氧化皮、混凝土等。2）采用短弧焊，保持電弧穩(wěn)定，采用兩層焊道進(jìn)行焊接；蓋面層焊后表面平整，每道焊縫勻直，每道之間不得有明顯溝槽及其他缺陷，每道焊縫焊完后，應(yīng)立即采用帶圓角的尖頭小錘錘擊焊接處，松弛內(nèi)應(yīng)力；焊縫缺陷修補(bǔ)后，應(yīng)打磨焊瘤，清除飛濺。

圖 2 局部焊縫開裂

（2）攪拌筒滾道垂直方向母材開裂（見圖 3）

圖 3 母材開裂

因是焊縫處攪拌筒母材局部開裂，需沿滾道周向環(huán)焊縫打磨出寬度≥5mm、深度≥4mm 的 V 型坡口；裂紋末端鉆φ10 止裂通孔；母材開裂處滾道周向焊道打磨掉，長度約 100mm，再按照上述焊接方案進(jìn)行焊接。攪拌筒母材焊道需焊后磨平、補(bǔ)漆。

（3）攪拌筒滾道兩側(cè)焊縫全部開裂（見圖 4）

該現(xiàn)象一般都是出現(xiàn)在使用 2 年或者更長時間的攪拌車上。針對這種情況，需要對滾道兩側(cè)周向焊縫全部刨開，打磨出寬度≥5mm、深度≥4mm 的 V 型坡口，重新施焊，焊后補(bǔ)漆；同時在滾道內(nèi)側(cè)增加一圈加強(qiáng)板，可以提高罐體的強(qiáng)度和剛度，分散滾道處罐體的集中載荷，提高罐體的承載能力。其特征在于：1）加強(qiáng)板寬度為 200mm、厚度為 1 倍的筒體板厚，加強(qiáng)板上均布有長圓孔，加強(qiáng)板兩側(cè)與筒體通過角環(huán)焊縫進(jìn)行焊接固定，長圓孔與筒體內(nèi)壁采用滿焊固定。2）加強(qiáng)板與筒體焊接時，應(yīng)使加強(qiáng)板上長圓孔相對于筒體與滾道長圓塞焊孔交錯布置。具體焊接方案如下：1）首先清除干凈滾道兩側(cè)面及筒體內(nèi)部 150mm 范圍內(nèi)的混凝土、油污、銹斑、涂料、氧化皮等；采用磨光機(jī)打磨施焊部位，直到滾道兩側(cè)面及其筒體內(nèi)部 150mm 范圍內(nèi)出現(xiàn)新的母材，也可以采用碳弧氣刨設(shè)備將原焊道及根部清除干凈。2）考慮到現(xiàn)場施工場地的限制，為保證滾道定位，焊縫清理順序為：打磨一側(cè)焊縫→焊接該環(huán)縫→打磨另一側(cè)焊縫→焊接該環(huán)縫。3）分段拼點內(nèi)部加強(qiáng)板，拼點時需用銅錘敲擊加強(qiáng)板直至與筒體貼合；焊接筒體內(nèi)部加強(qiáng)板，周圈滿焊，所有塞焊孔滿焊，打磨焊瘤，清除飛濺。4）加強(qiáng)板焊道一層，滾道兩側(cè)焊道兩層打底、三層蓋面，蓋面層焊后表面平整，焊縫之間不得有明顯溝槽及其他缺陷，打磨焊瘤，清除飛濺。

圖 4 兩側(cè)焊縫全開裂

3 結(jié)論

滾道作為攪拌筒的主要支撐部件，其焊縫開裂直接影響整個攪拌筒的正常運轉(zhuǎn)并存在一定的安全隱患。本文討論了攪拌筒滾道焊縫開裂的問題，分析了滾道焊縫開裂的原因，并提出了行之有效的修復(fù)方案。關(guān)于攪拌筒滾道焊縫開裂，可能還有其他方面的原因，還有待于業(yè)內(nèi)的設(shè)計及工藝人員去分析、解決。

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