浅谈螺旋钻机立柱焊接后的火焰校正工艺

2014-11-24王德军WANGDejun

建筑机械化 2014年1期

王德军/WANG De-jun

(山河智能装备股份有限公司，湖南长沙 410100）

立柱是螺旋钻机十分重要的核心结构件，是螺旋动作的主要支撑，也是使用非常频繁的部位。随着用户对大型工程项目的开发，要求不断提高，加速了用户对工程效率的追求。螺旋钻机的用途越来越广，高度也在不断增加，立柱的直径也越来越大，需要立柱承载的强度也越来越高，因此对于立柱的要求就更加严格。是否有一个可靠的立柱是螺旋钻机可靠性的重要表现。而决定立柱质量的一个重要的环节就是焊接质量，目前的立柱最高在36m左右，每一节立柱的焊接变形会直接影响立柱组对后的直线度，将焊接变形控制在适当的范围内就显得十分重要。事实证明，焊接过程中对变形的控制是可以体现螺旋质量的，而焊接变形又是事实存在的，所以立柱的校正就成了十分必要的工序。本文通过制造过程的工艺性分析，确定了立柱制造的校正技巧及原则，确立了“双金属片”原理，规范了烤火校正的方法。

1 螺旋钻机的结构

图1 螺旋钻机结构图

螺旋钻机基本结构如图1所示，履带式回转车身前端与立柱的下端铰接，车身的后端通过支撑杆与立柱的中上部铰接，实现了立柱的挺立；钻杆装在上滑座和下滑座里面，保证了钻杆的方向和角度，提供了施工的位置，上滑座和下滑座可以在立柱上面滑动。

2 立柱的结构

立柱的长度决定了螺旋钻机的工作能力，目前大型的工程不断增多，螺旋钻机的高度也在不断加高。立柱一般是采取分段连接的方式制造，不同高度的立柱采用的节数不同，这样不但工艺性强而且安装运输使用方便。

图2 立柱的焊接零件

立柱的每一节如图2除了滑轨及附属设施等主要由以下5个零件焊接而成，首先在桩筒的两头焊接内加强环，两端各焊接1个凸凹法兰，法兰和桩筒用加强板加固，很多的加强板均布焊接，这样就组成1个分凸凹头的组件。

3 火焰校正工艺方法

每一节组件长度在6m左右，所有组件用螺栓连接在一起就形成了立柱。为了减少两端法兰的变形，先将加强环焊接在桩筒的两头，由于桩筒的直径较大，焊接后变形较大，无法将法兰套在桩筒上，使内圆与桩筒配合，为了改变这种变形情况，需要对焊后的桩筒进行校正，直到圆度能适合设计的间隙，这是一个非常艰难的操作过程。在制造螺旋钻机的立柱时，还是使用火焰校正的工艺居多，火焰校正操作者往往需要通过反复的烤火，才能勉强将法兰套到桩筒上去，并且找不出规律，永远是靠经验，一旦更换操作人员，制作的难度就可想而知，没有什么规范可以借鉴，所以在工厂里被列为非常耗费工时的工序。

为保证满足焊接结构技术条件，防止裂纹和某些其他的焊接缺陷产生，改善焊接接头的韧性，消除焊接应力，一些结构需要进行热处理。热处理需要注意的事项如下。

1）在焊接位置适当的烤火是可以优化焊接质量的，为了不影响母材的机械强度，火焰校正时要特别注意使用的校正温度，加热后母材的颜色为暗樱红色至樱红色。

2）快要亮的时候停止，但一定不要使发亮超过2s；烤火后最好采取空冷的方式，使用水冷时要根据不同的材质使用防锈剂的水溶液冷却，并且在加热过程中不要浇水，即使非要采取水冷，要等加热点失去红态后再加水冷却。冷却速度越大，焊缝中的珠光体越多、越细，同时焊缝的硬度增高，但冷却速度过高会引起焊缝和热影响区中产生淬火组织，甚至导致产生冷裂纹等缺陷。

3）为保证综合机械性能，最好不要采取水冷。

目前使用比较多的火焰校正方法有：线状加热、三角状加热和点状加热等。线状加热温度控制在650℃以下，不应在同一位置反复加热；三角状加热三角形的宽度不应超过板厚的2倍；加热面积不能太大，最好是小面积多处加热，即点状加热。

4 火焰校正的原理、方法与应用

1）双金属片弯曲的原理两块金属板连在一起，一块为铜板，另一块为钢板，初始状况为平整的，当环境温度升高时，会出现弯曲，这就是双金属片弯曲的原理。双金属片弯曲，是因为两种金属受热后的膨胀系数不一样。

2）双层钢板烤火工艺两块铜板连接在一起，初始状态是很平整的，我们如果对某钢板一侧进行烤火，晶粒发生变化，晶粒细化并产生收缩，在冷却以后会出现一个R的弯曲。如果钢板初始状态是不平整的，就可以通过烤火实现对结构件的校正。如果想控制烤火的变形尺寸，还是要靠经验保证，有时会出现烤火不足，烤火过量等现象。为了满足要求，就不得不反复烤火，这样不但影响结构件的质量，而且制造成本也随之增加。

3）可控性火焰校正原理该原理也称烤火校正的“双金属片”原理。烤火校正的“双金属片”原理就是对需要火焰校正的双层板，两边分别烤火，两次烤火设置时间间隔，在先烤火一侧冷却收缩的时候后烤火的一侧正好强度降低胀开；通过对时间间隔的控制从而控制变形量的工艺方法。

4）烤火校正“双金属片”原理在箱体校正上的应用。在箱体上面采取火焰校正工艺的时候，和双层板校正的原理一样，也遵守烤火校正的”双金属片”原理的工艺方法。箱体经过烤火校正的前后效果对比如图3所示。