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滚圈挡块焊接工艺的改造及应用毕业设计

浙江工业职业技术学院

毕业论文

2014届

滚圈挡块焊接工艺的改造及应用

学生姓名李二

学号110311143

分院机电工程学院

专业机械制造与自动化

班级

毕业指导教师

企业指导教师

完成日期

滚圈挡块焊接工艺的改造及应用

摘要：

我们科学地制定了滚圈挡块的焊条电弧焊修复工艺，正确选材，规范参数，把握合理的焊接顺序和焊接方向，妥善控制焊接应力与变形，基本解决滚圈挡块在烘干混匀筒的运转过程中受到载荷大、振动频繁而引起的焊缝开裂问题。

延长烘干混匀筒运转的工作周期，提高设备运行可靠性准，3m×20m烘干混匀筒运行特点及其滚圈挡块的作用，对其原来的焊接工艺进行了改进。

改进工艺后的滚圈挡块不仅弥补了焊缝频繁开裂、寿命短的不足,同时亦可提升滚圈的运行精度，延长烘干混匀筒运转的工作周期，提高设备利用。

关键词：

滚圈挡块，裂纹，焊条电弧焊，修复工艺

目录

引言…………………………………………………………………………4

第一章筒体、挡块特性及焊接性分析……………………………………5

1.1筒体、挡块的材料特性、焊接性分析………………………………5

1.2焊接性分析……………………………………………………………6

第二章焊接工艺……………………………………………………………7

2.1焊前准备………………………………………………………………7

2.2确定修复工艺…………………………………………………………9、

2.3焊接器材的工艺性能要点……………………………………………9

2.4焊接规范选择…………………………………………………………10

2.5主要修复工艺举措……………………………………………………11

第三章质量检验……………………………………………………………12

3.1质检………………………………………………………………12

3.2焊接安全………………………………………………………………12

3.3焊接注意事项要求……………………………………………………13

第四章焊后处理………………………………………………………………14

结论……………………………………………………………………………15

致谢……………………………………………………………………………16

参考文献………………………………………………………………………17

引言

浙江漓铁集团球团厂80万吨的球团生产线于2002年8月份投入生产，其主要设备是185KW电机驱动Φ3mx20m烘干混匀筒，承担精矿粉末混匀和烘干至含水率7.5-8%等任务。

为便于排料和烘干，我们将混匀筒筒体（Q345B）安装成3°倾角（如图1），但是，由于设备运行过程中负荷大、振动频繁，使得滚圈及固定滚圈的挡块（Q345B）承受很大交变工作应力。

另一方面，挡块数量多，分布集中（如图2所示），焊接时容易产生较大应力集中。

使用不到一年，挡块与筒体的连接焊缝出现裂纹，甚至脱落现象。

不仅严重地影响烘干混匀筒的安全运行，也制约了烧结球团的产量。

在2005年5月至2006年10月期间，本人对烘干筒的运行特点进行连续跟踪观察和分析，通过改进挡块焊接修复工艺入手，合理控制焊接应力与变形，取得了很好效果。

第一章筒体、挡块特性及焊接性分析

1.1筒体、挡块的材料特性、焊接性分析

筒体、挡块（材质均为Q345B）是热轧钢，主要通过Mn、Si等合金元素的固溶强化作用来保证钢的强度，还可以加入微量的V、Nb或Ti，利用其碳化物和氮化物的沉淀析出和细化晶粒，进一步提高钢的强度，改善塑性和韧性。

Q345B属于C－Mn系列，其组织是细晶粒铁素体＋珠光体，是非热处理强化钢。

Q345B主要化学成分和力学性能见表1和表2

表1　Q345B主要化学成分（%）

钢　号

C

Si

Mn

S

Q345B

0.12~0.20

0.20~0.55

1.20~1.60

≤0.04

V

Nb

Al

P

0.02-0.15

0.015-0.060

0.02-0.20

≤0.04

表2　　Q345B在20℃温度下的力学性能

钢　号

臂厚（mm）

σb（Mpa）

σs（Mpa）

δ（%）

345B

≤16

470~630

345

22

1.2焊接性分析

（1）Q345B的碳当量：

＝0.2＋0.27＋0.03＝0.5

Q345B碳当量0.5，钢材淬硬倾向不算严重，焊接性尚好，但随着板厚的增加需要采取一定预热措施，焊接时需要采取适当预热，控制线能量等工艺措施。

（2）Q345B钢主要焊接问题：

①热影响区有较大的淬硬倾向。

②焊接接头的冷裂纹。

常在焊缝金属和热影响区产生冷裂纹。

在焊接强度级别高的厚板时，最易产生冷裂纹。

滚圈档块产生的焊接裂纹，绝大多数都是冷裂纹。

③热裂纹。

Q345B产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多，只有在原材料化学成份不符合规格（如含S、C量偏高）时才有可能产生。

第二章焊接工艺

2.1焊前准备

（1）坡口及应力槽加工：

如图2所示，刨削加工挡块50°倒角和60°应力槽，要求应力槽用成型刀加工，顶端有R3～R5圆角。

（2）清理：

在坡口两侧约50mm范围内，严格去除水、油、锈及脏物等。

（3）焊接材料选择：

E5016焊条、交直流两用。

E5016低氢碱性焊条，应在350℃~430℃烘干1－2小时，烘干的焊条应在100℃~150℃保温箱内，随

随取。

（4）焊机选择：

BX3－500交流弧焊机2台。

（5）定位：

如图3所示，24块挡块均布在筒体四周。

具体工艺参数详见下表1。

2.2确定修复工艺

从出料端依次组装上托轮装置、传动装置、下托轮装置。

注意，

图2坡口及应力槽加工示意图

（1）托轮装置必须首先确定下沿挡块划线、定位、焊接，然后完成滚圈、上沿档块组装、定位、焊接。

（2）上、下沿挡块只能三面围焊，绝不允许四周围焊，而且围焊方向及焊脚尺寸如图4所示

2.3焊接器材的工艺性能要点

不同的焊接方法有不同的焊接工艺。

焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。

首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。

确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：

焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。

2.4焊接规范选择

（1）焊条选择：

按照焊接接头力学性能的“等强匹配”原则，采用E50系列；根据挡块工作条件及使用要求，选择抵抗塑性、冲击韧性和抗裂性较高的碱性焊条E5016Φ3.2或Φ4.0，使用前必须按规定烘干。

（2）焊接顺序和方向：

滚圈挡块焊接顺序如图3所示，要求有二名焊工分中对称交叉施焊，而每块挡块定位后，逐一按照①→②→③焊接顺序和方向完成焊缝如图4所示。

（3）焊条电弧焊主要工艺参数详见下表1

表1　　焊条电弧焊主要工艺参数

焊条

规格

焊接电流（A）

焊接

层数

适用焊

接电源

用　途

平　焊

立　焊

Φ3.2

90－120

80－110

5－6

交、直流电源

焊　接

100－130

95－125

/

交、直流电源

定位焊

Φ4.0

160－200

140－180

4－5

交、直流电源

焊　接

2.5主要修复工艺举措

（1）挡块材质选择：

Q345系列中选用抗裂性较好的B级材料（或C级），避免使用A级。

（2）材料加工：

下沿挡块刨削加工坡口，避免火焰气割的热作用引起挡块坡口面层淬硬、热应力作用。

在制备坡口同时，在相距3㎜位置开U型应力槽，挡块根部应有较缓和的过渡，如图2所示，能较好释放挡块的焊接应力，避免应力集中。

上沿档块不需要特殊机械加工，直接围焊即可。

（3）接头形式：

挡块焊接接头形式如图4所示，焊缝应布置在工作最有效的地方，下沿挡块承担烘干混匀筒滚圈的主要工作力，因此，连接板的根部应有较缓和的过渡。

（4）选用多层多道焊，小规范施焊。

（5）焊接应尽可能采用短弧直线运条法。

（6）锤击焊缝消应力。

第三章质量检验

3.1质量检验

　1、焊后清除表面熔渣和飞溅物，用低倍放大镜检查有无焊接缺陷。

2、对焊缝与热影响区进行着色探伤，不得有裂纹存在，焊缝咬边深度小于0.5㎜，累计长度不能超过焊缝总长15％。

3、筒体3～5r/min动平衡测试，能满足滚圈横、纵向双向振幅振动量的设计技术要求。

3.2焊接安全

1、金属焊接作业人员，必须经专业安全技术培训，考试合格方准上岗独立操作。

非电焊工严禁进行电焊作业。

2、操作时应穿电焊工作服、绝缘鞋和戴电焊手套、防护面罩等安全防护用品，高处作业时系安全带。

3、电焊作业现场周围10m范围内不得堆放易燃易爆物品。

4、操作前应首先检查焊机和工具，如焊钳和焊接电缆的绝缘、焊机外壳保护接地和焊机的各接线点等，确认安全合格方可作业。

5、严禁在易燃易爆气体或液体扩散区域内、运行中的压力管道和装有易燃易爆物品的容器内以及受力构件上焊接和切割。

6、施焊地点潮湿或焊工身体出汗后而使衣服潮湿时，严禁靠在带电钢板或工件上，焊工应在干燥的绝缘板或胶垫上作业，配合人员应穿绝缘鞋或站在绝缘板上。

7、焊工必须站在稳固的操作平台上作业，焊机必须放置平稳、牢固，设有良好的接地保护装置。

3.3焊接注意事项

（1）用酸性焊条J422开坡口，虽然能提高工作效率，但必须严格控制电弧切割电流值，提高切割熟练程度。

（2）加强螺丝周围焊应该在过渡层焊接前用Z308　Φ3.2正常规范参数来完成。

施焊时，焊条与工件近似成直角，保持短弧、薄焊道，焊道宽度不超过焊芯直径的两倍。

（3）J427焊条焊接填充层时适当控制热输入，避免大规范施焊。

（4）相邻焊缝不仅重叠

～

，而且焊接方向要相反。

第四章焊后处理

（1）焊后去渣、去飞溅，用5～10倍放大镜检验焊缝表面质量，若发现有气孔、夹渣等缺陷，打磨后立即补焊。

（2）完成过渡层焊缝后，经检测，热影响区的硬度200HB～244HB之间，焊缝硬度一般为130～170HV。

焊缝金属抗拉强度≥240N/mm2,其值母材HT150相近，并具有一定的塑性。

（3）表面层修磨处理：

法兰连接工作面基本保持平整，表面粗糙度控制在

～

左右，非工作面焊缝与铸件保持圆滑过渡，每侧焊缝是坡口棱线增宽2～4mm，焊缝余高控制在3～4mm范围之内。

（4）焊后铸件在草木灰中缓冷。

结论

1.2006年10月设备年度检修的时候组织实施新的焊接工艺后，烘干混匀筒滚圈挡块使用至今，未出现开裂现象，大大降低了设备的故障停机率，提高了设备运行的可靠性，取得了显著经济效益

2.了解到毕业设计必须把理论和实际相结合、巩固基础与创新意识相结合，个人和集体协作相互结合。

经过这次的设计，使我进一步了解了这一项课题的研究、设计和实验的详细过程，这对我们在今后的工作和学习中起到了很大的帮助

3．学到了在学习中未涉及过的知识。

在大学的课堂上，所学的都是学校安排的系统专业知识。

毕业设计所用到的知识点较多，针对课题要求，查阅相关资料，然后吸收利用，以提高自己的自学和应用能力，而且还能增长新的知识。

为自己增加更多的知识，使下面的设计能更顺利的进行

4．毕业设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以了进一步的顽固。

5．毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度，而且培养了我们的耐心、仔细的工作作风，同时也增强了学生之间、学生与指导老师之间的友情。

致谢

在这一个多月的时间里，我翻阅了不计其数的参考书，浏览了好多网站，有些难题解决了，有些难题没有解决，而那些没有解决的难题都是在赵巧良老师的指导下完成的，在一开始做毕业设计时，赵老师给我们指定了参考书，给我们讲解了设计的大体过程，当我们遇到困时赵老师总是放下正在忙碌的事情事情给我门指导，十分感谢谢老师的指导；还要感谢同学的帮助，在我遇到困难时他总是在一旁鼓励我坚持下去，同时还要感谢我的舍友对我的帮助和支持，谢谢你们。

最后感谢在百忙中评阅论文和参加答辩的各位领导和老师，在此出现错误、漏洞一定不少，望各位老师不吝赐教。

参考文献

［1］王绍林．焊工工艺学[M]．北京：

中国劳动出版社，2002．

［2］田锡唐．焊工手册（修订版）[M]．北京：

机械工业出版社，1991．

［3］李亚江，张永喜，王娟．焊接修复技术[M]．北京：

化学工业出版社，2008．．

［4］王云鹏．焊接结构生产（焊接专业）[M]．北京：

机械工业出版社，2006．

［5］陈伯蠡．焊接工程缺欠分析与对策［M］．北京：

机械工业出版社，1998．

［6］李亚江．焊接冶金学－材料焊接性［M］．北京：

机械工业出版社，2007．

［7］李占文，李树立．焊接结构变形控制与矫正[M]．北京：

化学工业出版社，2008．

［8］王震薇等主编，西北工业大学出版社，1991

［9］毕惠琴主编，机械工业出版社，1981

［10］雷世明主编，机械工业出版社，1999