基于某圓筒零件焊縫修磨技術的研究

江澄冉 李雪純

摘要：受限于現有的焊接設備及技術條件，針對某圓筒零件深孔焊縫余高無法通過焊接直接保證的問題，本文結合該零件的結構特點，基于機械修磨加工技術，對比了多種焊縫加工工藝方案，從焊縫加工工藝流程安排、工藝裝備設計、修磨方法等方面著手分析，提出了合理的焊縫修磨技術。采用該技術對某圓筒零件進行加工，整批零件全部滿足設計指標要求，驗證了該技術的可行性。本文可為后續其它圓筒零件的焊縫加工工藝方案優化提供了一定的技術支持和參考。

關鍵詞：圓筒;焊縫修磨;氣動砂輪機;砂輪桿

中圖分類號：TG441.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0107-02

0 ?引言

如圖1所示圓筒零件，主要由前端環、筒體與后端環經焊接形成，其中前端環與筒體、后端環與筒體采用電子束焊接連接。為了避免背面焊縫余高影響裝配質量，要求兩條環焊縫背面焊縫余高為0.4max（允許打磨，不允許損傷基體）。受限于焊接技術，背面焊縫余高0.4max無法在焊接過程直接保證，需要通過機械修磨加工保證。而受限于產品深孔結構，兩條環焊縫背面焊縫的機械修磨難度大，需要進行工藝研究，提出有效的技術措施[1]。

1 ?深孔焊縫修磨工藝性分析

1.1 零件焊縫結構分析

圓筒零件由前端環、筒體與后端環焊接而成，零件總長度為L，外徑為d，前端環端最小內孔直徑為D1，后端環端最小內孔直徑為D2，兩條環焊縫部位內孔直徑為D3，前端環與筒體環焊縫（以下簡稱為“前端環環焊縫”）距前端環端面約400，后端環與筒體環焊縫（以下簡稱為“后端環環焊縫”）距后端環端面約400，兩條環焊縫背面焊縫余高0.4max（允許打磨，不允許損傷基體），其結構如圖1所示。

1.2 深孔焊縫修磨存在的問題

經過電子束焊接工藝試驗驗證，焊接過程只能控制背面焊縫余高量為0.5～0.8，不能直接保證背面焊縫余高0.4max的設計要求，因此，必須通過機械修磨加工的方法來去除背面焊縫余高，保證要求[2]。

由于兩條環焊縫距離孔口端面的深度大，且零件孔口孔徑小（最大值為D3），常規的人工手持氣動砂輪機打磨焊縫余高的方法不能適用，需考慮采用其他機械修磨加工法去除背面焊縫余高。

經分析，在車床上加裝氣動砂輪機，采用砂輪磨削加工法可實現深孔背面焊縫余高的修磨加工。但使用該方法加工存在以下問題：

①在車床上加裝氣動砂輪機，缺乏工藝裝備，需要合理選擇氣動砂輪機，合理設計氣動砂輪機轉接桿、砂輪安裝桿;②焊縫修磨過程不允許損傷零件金屬基體，修磨難度大，需要合理設計砂輪;③零件兩條環焊縫深度大，且孔口孔徑小，焊縫修磨過程不易觀察，修磨難度大，尤其是在后端環環焊縫修磨時，由于后端環最小內孔直徑小，僅為D2，而焊縫位置內孔直徑為D3，孔口與焊縫位置的臺階高度約10，修磨時視線被阻擋，砂輪對刀、進刀難度極大，磨削難度更大。

2 ?深孔焊縫修磨技術措施

2.1 選擇行程足夠的機床

殼體的總長度為L，而兩條環焊縫深度大，前端環環焊縫深度為400，后端環環焊縫深度為400，焊縫修磨時要求車床行程足夠長，不小于2000，結合現有車床資源分析，實際加工中選用了行程為4000的大型普通車床。

2.2 合理安排焊縫加工流程

結合圓筒零件結構特點分析，前端環環焊縫與后端環環焊縫兩條焊縫的加工流程，可設計為如下方案：

兩條焊縫分兩道焊接工序焊接形成，先完成一條焊縫焊接與焊縫修磨之后，再進行另一條焊縫焊接與修磨。可細分以下兩種方案：①先進行后端環環焊縫的焊接與焊縫修磨，再進行前端環環焊縫的焊接與焊縫修磨;②先進行前端環環焊縫的焊接與焊縫修磨，再進行后端環環焊縫的焊接與焊縫修磨。

焊縫加工方案的優缺點分析：

該方案工序分散，零件周轉次數多（在焊接、機加兩工種之間轉工次數4次）生產效率低下。但兩種方案中，選擇“先進行后端環環焊縫的焊接與焊縫修磨，再進行前端環環焊縫的焊接與焊縫修磨”的加工方案，后端環環焊縫修磨時，磨頭從筒體端內孔D3方向進刀，可避免觀察難度大，修磨質量不易控制的問題。

經過分析，實際加工中選擇了“先進行后端環環焊縫的焊接與焊縫修磨，再進行前端環環焊縫的焊接與焊縫修磨”的加工方案。

2.3 合理設計氣動砂輪機轉接桿

結合上述焊縫加工流程安排與殼體結構特點分析，可知氣動砂輪機、氣動砂輪機轉接桿、砂輪等修磨裝置配件，直徑都不能大于前端環孔口最小直徑D1（留1mm余量）。結合現有資源，安裝砂輪用的氣動砂輪機選型為KEB-270-1450N/DS4510L，外形尺寸為φ41.8×230[3]。

結合焊縫加工流程分析，為了同時滿足兩條焊縫修磨深度的使用要求，氣動砂輪機安裝桿長度需滿足最深焊縫深度（501mm）的使用要求。綜合考慮氣動砂輪機的長度，以及氣動砂輪機的安裝要求，轉接桿與車床安裝要求，設計轉接桿如圖2所示。

2.4 合理設計砂輪安裝桿

結合DS4510L氣動砂輪機夾頭夾持直徑φ10max的使用要求，設計砂輪安裝桿如圖3所示，其中φ10軸為砂輪裝配軸，φ10軸為砂輪安裝桿與DS4510L氣動砂輪機的安裝軸，M10-6h為砂輪緊固螺母連接螺紋，25×10兩面為扳手夾持面。

2.5 合理設計修磨砂輪

為了避免焊縫修磨過程損傷零件基體，修磨砂輪設計為弧面砂輪，因為弧面砂輪中間高兩端低，修磨時以中間高點修磨焊縫，兩端低點可避免干涉，可有效避免損傷基體。

2.6 焊縫修磨過程分析

為了避免焊縫修磨過程損傷零件基體，保證兩條環焊縫背面余高的修磨質量，焊縫修磨過程需要注意以下幾點：①零件裝夾時選擇一端軟爪夾持，一端中心架輔助支撐的裝夾方式;為了提高焊縫修磨過程的零件剛度，中心架支撐位置須靠近焊縫位置，加工中設置該位置為距焊縫30mm范圍內，前端環環焊縫修磨過程的裝夾示意圖見圖4，后端環同理。②為了提高焊縫修磨精度，零件裝夾時，要求加工前車正軟爪跳動不大于0.05mm，找正中心架支撐位置跳動不大于0.1mm。③受零件結構影響，深孔背面焊縫修磨過程觀察難度大，為了提高修磨過程的可觀察性，在車床主軸端內孔中加裝燈泡作為光源照明。④為避免損傷基體，修磨過程對刀時，需要兩名操作工配合實施，一人負責操作車床進刀，每次進刀量不大于0.03mm，一人負責觀察對刀情況，以砂輪與焊縫接觸時產生的火花為判據。⑤焊縫余高修磨后，焊縫棱邊會產生飛邊與毛刺，需要采用規格為φ80的圓柱鋼絲刷進行焊縫精磨，去除飛邊及毛刺。

3 ?結束語

針對某圓筒零件深孔焊縫修磨難題，通過合理設計焊縫加工工藝方案、選擇機床與氣動砂輪機、設計氣動砂輪機轉接桿、砂輪安裝桿及砂輪等，得到了較為有效的解決措施，成功解決了深孔焊縫修磨難題。采用此焊縫修磨技術進行加工，整批零件焊縫余高滿足0.4max的指標，且無損傷零件基體問題，直接驗證了此深孔焊縫修磨技術的可行性，可為類似結構的深孔焊縫修磨提供技術借鑒。

參考文獻：

[1]許大華，孫金海.機械制造技術[M].北京：國防工業出版社，2015.

[2]閆龍，閆哲，王恒陽，等.焊縫自動修磨系統分析研究[J].焊管，2018（05）：48-52.

[3]徐宏佳，李春玉.氣動砂輪機的研究設計[J].機電工程技術，2002（01）：23-24.

作者簡介：江澄冉（1992-），男，河南洛陽人，助理工程師，工學碩士，研究方向為機械加工工藝;李雪純（1991-），女，河南洛陽人，助理工程師，管理學碩士，研究方向為競爭情報。