盾構砂漿罐的拼焊工藝研究

（中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016）

隨著社會的發展，城鎮化建設的加快，城市人口越來越多，城市空間和交通壓力越來越大，很多大城市需要修建地鐵。盾構是修建地鐵隧道的最佳設備，其需求量越來越大[1～3]。泥漿罐作為盾構設備不可缺少的一部分，有必要對砂漿罐的拼焊工藝展開研究。

1 焊接件材料

砂漿罐框架焊接件材料大多為Q235B，極少數零件采用的是Q345B，且多為厚度16mm 以下的鋼板。在砂漿罐的分體部件中攪拌軸受力最大，且在使用過程中受到的扭矩較大，有時會出現憋卡，造成瞬間扭矩激增，因此材料以Q345B為主，僅刮板采用Q235B，攪拌軸主軸為直徑較大的無縫管，以保證足夠的剛性。為保證材料的可靠性，原材料要進行抽樣檢測并做各項性能試驗。砂漿罐整體材料比較統一，有利于砂漿罐的整體施焊。

2 焊接工藝

綜合考慮砂漿罐在使用過程中的可靠性、生產效率、環境保護及工人技能方面的要求，采用CO2氣體保護焊的焊接方法進行焊接，并要求氣體純度≥99.5%，氣體中的含水量＜1.22g/m3，含氧量＜0.1%。砂漿罐的焊接材料選用?1.2mm的ER50—6 焊絲。CO2氣保焊適用面大，成本低，自清理能力強，不易產生裂紋[4]，此焊接方式操作簡單，可實現自動焊接和全方位焊接。

2.1 焊前準備

攪拌軸及砂漿罐框架的焊前準備，首先對來料的材質、尺寸、平面度、直線度進行檢測和確認，對不滿足要求的來料進行處理，保證焊接坡口尺寸偏差±1mm，坡口角度偏差±2.5°，坡口表面光滑，無溝壑，呈現金屬光澤。其次采用鋼絲刷、角磨機等工具將焊接部位兩側各20mm 范圍內表面的鐵銹、氧化皮等污物打磨干凈，焊接件的焊接面見金屬光澤，當環境溫度低于5℃時，需要焊前采取預熱措施，預熱溫度100～150℃。拼裝時檢查拼裝間隙，保證拼裝間隙≤2mm，有利于保證焊接質量，采用焊接小車施焊時，要保證軌道的平直，防止焊偏。

拼裝時采取定位焊焊接，焊縫長度為30～50mm，間距300～500mm，定位焊應距焊縫端部30mm 以上，焊角尺寸4～5mm；定位焊不能出現裂紋、夾渣、氣孔、焊瘤等缺陷；定位焊采用CO2氣保焊。

2.2 焊接參數及相關事項

2.2.1 焊接參數

CO2氣保焊焊接參數主要包括電流、電壓、焊接速度、氣流量等。焊接電流參數的選擇準則主要是依據材料的板厚、熔深、焊材規格，電壓一般依據電流值的匹配，具體焊接時會做一些微調，焊接速度一般根據電流大小、坡口形式等選擇，過快易造成未熔合或焊縫成形不規則，過慢會造成焊道較高。由于是薄板，為了減小焊接變形，經過試驗驗證，采用較小的熱輸入，焊材選用?1.2mm 的ER50—6 焊絲；焊接方法：CO2氣體保護焊，極性：直流反接；干伸長：12～18mm；平焊、橫焊：焊接電流220～240A，電弧電壓26～28V，氣體流量：15～25L/min，焊接速度：350～450mm/min；立焊：焊接電流140～160A，電弧電壓17～24V，氣體流量：15～25L/min，焊接速度：120～200mm/min。

2.2.2 相關事項

1）不準在焊縫以外的母材上起弧。

2）多層多道焊時，各道之間的氧化皮、焊瘤要打磨干凈。

3）焊接時，控制道間溫度，道間溫度≤300℃。

4）焊后對焊后進行修磨。

5）施焊過程中，若發現焊縫出現裂紋應及時告知技術人員，根據開裂原因制定返修方案。

3 攪拌軸的制造

在攪拌軸的法蘭上畫線拼上圓棒，拼成組件，然后焊好，再對攪拌軸法蘭組件粗加工，待攪拌軸整體焊好后再進行精加工。測量無縫管的長度后，采用直角尺拼裝無縫管與攪拌軸法蘭，保證法蘭與無縫管的垂直度并焊好。劃出葉片大支腿的位置線，拼焊大支腿，按照圖紙角度拼焊葉片小組件，焊后采用工裝整體加工攪拌軸的法蘭端面，保證其同軸度，對外觀進行修磨，如圖1 所示。

圖1 加工后的攪拌軸法蘭端面

4 砂漿罐框架的制造

調平特制的拼裝平臺，打磨平臺上的焊瘤，清掃飛濺及雜物，保證平臺的平面度每平方米小于1mm，整體不平度小于3mm。在拼裝平臺上劃出長度兩端立筋板的拼裝位置線，采用直角尺保證立筋板與拼裝平臺垂直。

在平臺上畫線拼裝框架寬度兩側的立筋板，保證與拼裝平臺垂直；在立筋板外側增加型鋼支撐，減少焊接變形，保證平面度；將攪拌軸整體放入，立筋板內側的上下兩端均勻布置支撐；然后拼裝上弧板，見圖2。

圖2 砂漿罐框架

在弧板上畫線，利用工裝火焊割弧板上的孔，拼裝框架附件，對框架內部、外部進行整體施焊，采用合理的焊接順序，減小焊接變形。整體框架形成后，采用工裝定位、火割窗孔，由于焊后剛性較強，可減少受熱變形，保證孔的尺寸和位置準確性，去除內、外部支撐，并修磨焊縫，最后安裝內部管路。

5 砂漿罐整體的組焊、安裝

將砂漿罐框架放在拼裝平臺上，從框架寬度兩側測量距離使法蘭居中，從底部引線至圖紙尺寸位置，通過畫線確定法蘭在罐體上的位置，拼焊好法蘭。將前、后軸的總成吊起，通過調節后軸長度，實現前、后軸總成與攪拌軸三者的無縫對接；將三者栓接在一起，螺栓擰緊。砂漿罐攪拌軸與兩端的支撐座、驅動法蘭組焊時，打表檢測檢測攪拌軸的圓跳動及驅動法蘭端面跳動量，焊接時旋轉攪拌軸，多層多道焊接，每一條焊縫都必須一層一層的焊接，不允許同一條焊縫的部分位置焊了很多層；焊接后再次檢測攪拌軸的圓跳動及驅動法蘭端面跳動，通過調整栓接位置，并增加墊片保證同軸度要求。

6 結語

1）通過焊前準備，完成攪拌軸法蘭的粗加工，保證了拼裝的基準，拼焊完大支腿、葉片后，再整體對攪拌軸進行加工，保證了攪拌軸法蘭與軸體自身的垂直度。

2）采取合理的焊接方法，制定恰當的焊接參數，通過采用合理的拼裝、焊接順序，選擇恰當的防變形方法，快速、準確地完成了砂漿罐框架的制造，避免了矯正，保證了效率。

3）通過調整攪拌軸與前、后軸總成的栓接位置，并在對應的位置增加墊片，滿足設計同軸度要求，高效、低成本完成砂漿罐整體的組焊、安裝。