杨宪峰

摘要：本文对我厂单面镗主轴套筒为筒形焊接结构件的整体结构及焊接性能进行分析，采取合理的结构及焊接工艺保证其达到设计要求的强度及尺寸偏差，从而满足工件性能要求.通过工艺攻关，解决单面镗套筒焊接变形问题。

关键词：变径;刚性;轴向偏差;焊接应力;时效处理;加工余量

1前言

我厂单面镗主轴套筒为筒形焊接结构（如图1所示），整体由左、右两个端头及一段变径圆筒组成，左、右两端头为铸钢件，材质为：ZG310-570，变径圆筒为钢板下料卷筒，材质为Q235-A。设计要求焊接完成后其轴向偏差小于3mm。

2问题分析及工艺的确定

由于其整体长度过长，圆筒内径逐渐变小，导致焊接难度增大，管壁较薄，焊接量大，焊接应力集中，焊接极易变形而导致套筒整体轴向变形而达不到设计所需要精度。在焊接此类变径筒类焊接件时产生的焊接变形量最大超过15mm，导致加工余量不足，工件的刚性和加工精度无法保证。变径圆筒在卷筒时各中心轴线无法保证其轴线的精度。因此在工艺准备时发现此类问题后对其整体结构进行了研究和探讨，讨论后对相应的工艺进行了改善。从而决定改变工件的整体结构，采用合理焊接顺序，从而满足设计需要。具体技术措施：

2.1结构改进：由于中间变径圆筒无法卷筒且内部焊缝无法完成，焊接质量也无法控制，而其管壁较薄易在焊接后发生严重变形。为防止主轴套筒的焊接变形所以将其中间的长变径圆筒分为六段短圆筒，并在每段圆筒内部放置横向及竖向加强筋板（如附图所示），将每段段圆筒内部焊接完成后再整体由左向右组焊，完成外面环焊缝。这样采用合理的焊接顺序即能减少纵向焊缝的拘束应力又能减少整体焊接量，使整体焊接应力减小，从而减小主轴套筒的焊接变形。由于有横向及纵向筋板的支撑，就能很好的保证套筒的轴向变形。

2.2参数及焊接材料的确定：此工件结构为铸钢ZG310-570与Q235-A焊接在一起，附表为ZG310-570的化学成分，由于 ZG310-570的含碳量较高，Mn、Mo含量高，导致焊接性不好，需要预热;Q235-A焊接性良好，不需预热。这两种材质焊接在一起采用预热温度与焊接性差的材质相同，故为防止产生裂纹，焊接时的预热温度与铸钢件相同，达至200℃左右。由于变径的管壁薄、阀体的结构刚性拘束大，从两种材料的化学成分分析对比，根据等强度原则，选择与强度高的材料所用的焊接材料一致，因此按ZG310-570的强度级别选用J507（ER5015）。

2.3焊后时效：由于套筒整体的焊缝比较集中、管壁较薄，环形焊缝较多，从操作难度、操作时间等来看这些焊缝都需长时间焊接连续完成，焊缝及热影响区的有害气体的含量无法控制，为防止焊接缺陷的产生，焊后应及时进行时效处理，保证应力的释放。

3焊接过程控制

3.1焊材的选用：采用Φ4.0mm规格的E5015（J507）焊条，焊条应烘干（烘干温度：350℃）后在保温筒内进行保温（保温温度：150℃），焊接过程中随时取用，取用后将保温桶及时封闭，以免进入水汽等对焊缝产生不良影响，对不符合以上要求的焊条禁止使用，以免造成焊缝的缺陷。

3.2工件的制备：铸钢端头焊前进行探伤检测并附合格报告，铸钢端头焊接坡口下出后需打磨光滑;焊前对卷筒的薄板及筋板进行预处理，要求各下料件平整，无锈蚀、油污等杂质;各环形部件坡口均打磨，卷筒時注意轴向偏差，要求卷筒后不圆度≤3mm。

3.3焊前预热：焊接前对与铸钢端头连接的两段焊缝进行预热，预热温度达到200℃左右，预热后立即进行焊接以免温度下降达不到预期的效果。焊接时随时用测温仪对预热温度进行查看，预热温度下降时应随时进行加热并停止焊接，当预热温度达到200℃左右后才能继续施焊。

3.4过程焊接：采用分段焊接的方法，先将各段的内部筋板焊接完成并校正，分段的圆筒轴向偏差满足设计需求，待各部分全部完成后在从左至右依次组装完成并保证整个圆筒的轴向偏差。焊接过程中尽量使各焊缝处于水平位置施焊，焊接时由多名焊工同时进行焊接，采用分段跳焊、对称焊接等焊接顺序，这样才能更好的控制此工件的焊接变形从而减小焊接的轴向变形，达到预期的效果。

3.5时效处理：焊接完成后应立即将工件送时效窑进行时效处理从而达到去除焊接件内部焊接应力的目的，从而改善焊缝的内部组织及其切削性能。焊接件的时效温度应控制在620℃左右，进窑温度、出窑温度及保温时间应严格控制，以免去除应力达不到工件要求。

4结论

经过攻关后能减小主轴套筒的轴向变形，满足设计图纸要求，提高了生产效率，节约了大量能源。该件经攻关后已成功应用于单面镗并进行了批量生产，用户反馈良好。