陳艷紅

【摘要】滾筒是帶式輸送機(jī)中的重要部件，其結(jié)構(gòu)性能、可靠性和使用壽命直接影響到帶式輸送機(jī)的性能。焊接工序是滾筒加工制作中的關(guān)鍵工序，也是質(zhì)量控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)鑄焊滾筒焊接工藝進(jìn)行分析研究，并通過(guò)應(yīng)用單面焊雙面成形工藝、柔性粘貼式陶質(zhì)襯墊、滾筒自動(dòng)焊接中心等工藝、設(shè)備，制定出滿足生產(chǎn)需求的焊接工藝規(guī)程。

關(guān)鍵詞：滾筒；焊接；單面焊雙面成形；陶質(zhì)襯墊；工藝

1. 概述

帶式輸送機(jī)作為運(yùn)煤系統(tǒng)的主要組成部分，其可靠性直接影響煤量運(yùn)輸，而滾筒作為帶式輸送機(jī)的主要零部件，在輸送過(guò)程中擔(dān)負(fù)著傳動(dòng)、卸載、改向的重要功能，滾筒質(zhì)量的好壞直接關(guān)乎到帶式輸送機(jī)整機(jī)的質(zhì)量，同時(shí)也影響設(shè)備的運(yùn)行效率，尤其是作為傳動(dòng)滾筒使用時(shí)，更承擔(dān)著重要的傳遞動(dòng)力的工作任務(wù)，它的質(zhì)量好壞，決定著輸送機(jī)的使用性能。滾筒一旦在運(yùn)行中失效，將導(dǎo)致整條輸送機(jī)不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)滾筒開裂會(huì)將膠帶劃破，造成重大事故及經(jīng)濟(jì)損失。由于大多滾筒失效都是因焊縫的破裂而產(chǎn)生的，所以滾筒焊縫質(zhì)量成為決定帶式輸送機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

鑄焊結(jié)構(gòu)滾筒在重載下應(yīng)用最為普遍，是大型帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的首選結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)由筒體與接盤焊接而成，焊縫分為筒體縱向?qū)雍缚p及筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫。鑄焊滾筒筒體為鋼板卷制而成，鋼板材料為Q235，接盤材料為ZG230－450，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2. 焊接工藝

（1）焊接方法 經(jīng)查閱文獻(xiàn)并結(jié)合我公司現(xiàn)有設(shè)備及焊接技術(shù)，確定采用CO2和Ar混合氣體保護(hù)焊打底、埋弧焊填充蓋面的焊接方式，進(jìn)行筒體縱向?qū)雍缚p及筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫的焊接，而且打底焊和填充蓋面焊焊接工序均在滾筒自動(dòng)焊接中心上完成。縱焊縫焊接時(shí)，將筒體放在滾輪架上固定，通過(guò)焊槍或埋弧焊機(jī)頭縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)打底焊及其余各層焊縫的施焊。環(huán)焊縫焊接時(shí)，將滾筒放在滾輪架上勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，將焊槍或埋弧焊機(jī)頭固定在滾筒焊縫上方水平位置，利用滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)打底焊及其余各層焊縫的自動(dòng)化施焊。滾筒自動(dòng)焊接中心如圖2所示。

圖1 鑄焊滾筒結(jié)構(gòu)

（2）焊接材料 一般應(yīng)選擇與鑄焊滾筒強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牟牧?，必須綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及強(qiáng)度，焊縫強(qiáng)度一般不能低于產(chǎn)品的要求。焊縫強(qiáng)度過(guò)高，將導(dǎo)致焊縫韌性、塑性以及抗裂性能下降，從而降低焊接結(jié)構(gòu)的使用安全性。此外，選擇焊接材料時(shí)，還要考慮工藝條件的影響。根據(jù)鑄焊滾筒的材料、坡口及接頭形式，我們確定采用如下焊接材料。

第一，氣體保護(hù)焊材料：焊絲為ER50－6、φ1.2mm，保護(hù)氣體20%CO2+80%Ar。

第二，埋弧焊材料 焊絲為H10Mn2、φ4mm，焊劑HJ431。實(shí)芯焊絲H10Mn2與焊劑HJ431配合，保證焊縫良好脫氧和合格的力學(xué)性能。

母材及焊材的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

（3）坡口形式 坡口尺寸的關(guān)鍵是裝配間隙和鈍邊的大小。若裝配間隙小、鈍邊大，焊接時(shí)不易熔透；反之，則出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。經(jīng)試驗(yàn)，確定合適的坡口尺寸如圖3、圖4所示。

（4）焊前準(zhǔn)備 ①清除坡口和坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)及焊絲上的水、銹、油污等雜質(zhì)。②HJ431是一種高錳高硅低氟的熔煉焊劑，須經(jīng)250℃烘干2h后再使用。③筒體縱焊縫焊前在焊縫兩端加引弧板、引出板。

（5）工藝過(guò)程分析 第一，定位焊：筒體卷制及筒體與接盤組對(duì)后進(jìn)行定位焊，定位焊采用CO2和Ar混合氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，焊接材料與正式焊接相同，定位焊縫長(zhǎng)度40～50mm，焊縫間距200～300mm，焊縫厚度不得超過(guò)坡口深度的2/3。筒體縱焊縫定位焊應(yīng)距離兩端≥40mm處，定位焊縫存在焊接缺陷時(shí)必須清理后重焊。

第二，打底焊：筒體縱向?qū)雍缚p及筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫均采用CO2和Ar混合氣體保護(hù)焊，并采用單面焊雙面成形工藝。筒體縱焊縫焊接時(shí)襯墊采用柔性粘貼式陶質(zhì)襯墊；筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫采用鎖底對(duì)接接頭，鎖底相當(dāng)于永久性襯墊。

柔性粘貼式陶質(zhì)襯墊其結(jié)構(gòu)如圖5所示。陶質(zhì)襯墊由陶質(zhì)塊、防固化紙、鋁箔、粘結(jié)劑涂層幾部分組成。陶質(zhì)塊是陶質(zhì)襯墊的主體，由氧化硅或氧化鋁等材料在一定的溫度下燒制而成，并在一面開有弧形的成形槽，以便焊接時(shí)熔化的金屬流入其內(nèi)強(qiáng)制成形。整條襯墊由數(shù)個(gè)尺寸大小相同的陶質(zhì)塊依次排列粘在鋁箔上，可以進(jìn)行適度彎曲，形成“軟襯墊”。鋁箔作為依托體，焊前將成形槽底部中央紅線與焊縫找正對(duì)中后通過(guò)粘結(jié)劑涂層與工件粘結(jié)；防固化紙平時(shí)用于保護(hù)和防止粘結(jié)劑固化，在焊接粘貼前揭去。

圖2 滾筒自動(dòng)焊接中心

表1 母材及焊材的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

成分材質(zhì)Si Mn S P Q235A 0.14～0.22 0.30 0.30～0.65 0.050 0.045 ZG230－450 0.30 0.50 0.90 0.04 0.04 ER50－6 0.06～0.15 0.8～1.5 1.4～1.85≤0.035≤0.025 H10Mn2≤0.12≤0.07 1.50～1.90≤0.035≤0.035 C

表2 母材及焊材的力學(xué)性能

材質(zhì)力學(xué)性能Rel/MPaRm/MPaA(%) Akv/J Q235A235375～500－≥27 ZG230－450≥230≥450≥18≥22 ER50-6≥420≥500≥22≥27 H10Mn2≥400480～650≥22≥27

圖3 筒體環(huán)焊縫坡口

圖4 筒體縱焊縫坡口

圖5 柔性粘貼式陶質(zhì)襯墊結(jié)構(gòu)

單面焊雙面成形既可保證焊縫根部能夠熔透，又不會(huì)出現(xiàn)燒穿等焊接缺陷，可以保證打底焊一次成形，達(dá)到背面不清根的目的。不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低了人工費(fèi)用、材料消耗，而且也可以有效避免因背面清根不徹底而留下的安全隱患，提高了無(wú)損探傷合格率 。

第三，填充焊及蓋面焊：第一層打底焊和第二層焊縫采用CO2和Ar混合氣體保護(hù)焊，其余填充焊及蓋面焊采用埋弧焊多層多道焊。除打底和蓋面外，埋弧焊每層焊縫增加的厚度不得超過(guò)6mm。焊接過(guò)程中每道焊縫焊接后，均應(yīng)仔細(xì)清理焊渣及表面飛濺物。筒體環(huán)焊縫每道焊縫焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開至少100mm， 當(dāng)電弧中斷再起弧時(shí)，應(yīng)將原焊縫末端重新熔化，使起弧位置與原焊縫重合10～20mm。筒體縱向?qū)雍缚p及筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫如圖6、圖7所示。

根據(jù)板厚、坡口形式、工件材質(zhì)的情況以及選取的焊絲直徑，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和超聲波探傷檢查，確定成熟的工藝參數(shù)如表3所示。

（6）焊后保證 第一，焊后檢測(cè)：筒體縱向?qū)雍缚p及筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫焊縫完后，除了對(duì)焊縫外觀進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)外，還必須對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢查，焊縫應(yīng)符合GB/ T11345—1989中B類Ⅱ級(jí)或GB/ T3323—2005中Ⅲ級(jí)要求，對(duì)有缺陷的部位利用碳弧氣刨清理后重新施焊直至合格。

第二，消除焊接應(yīng)力：滾筒焊后應(yīng)退火消除焊接應(yīng)力，退火時(shí)升溫速度≤100℃/h，加熱至600～650℃保溫 2h，隨爐冷卻至150℃后空冷。

圖6 筒體縱焊縫

圖7 筒體與接盤環(huán)焊縫

表3 焊接參數(shù)

焊接層次焊接方式焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/cm?min-1導(dǎo)電嘴與工件間距/mm氣體流量/L?min-11氣體保護(hù)焊230～240 24～25 30～40 12～18 15～20 2氣體保護(hù)焊250～260 26～27 30～40 12～18 15～20 3埋弧焊440～460 30～33 27～36 40～50—4埋弧焊570～600 32～35 27～36 40～50—5埋弧焊570～600 32～35 27～36 40～50—6埋弧焊570～600 32～35 27～36 40～50—

3. 結(jié)語(yǔ)

采用CO2和Ar混合氣體保護(hù)焊打底焊、埋弧焊填充蓋面的焊接方式進(jìn)行筒體縱向?qū)雍缚p及筒體與接盤環(huán)向搭接焊縫的焊接，以及柔性粘貼式陶質(zhì)襯墊、滾筒自動(dòng)焊接中心的運(yùn)用，不僅降低了焊接的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了滾筒的生產(chǎn)效率，而且自動(dòng)焊接后的筒體焊縫均勻、成形良好，焊接變形小，氣孔、裂紋、咬邊等缺陷明顯減少，焊縫質(zhì)量完全達(dá)到工藝要求。目前，我單位生產(chǎn)的鑄焊滾筒嚴(yán)格按照上述焊接工藝，已經(jīng)形成了一套完整、成熟的自動(dòng)化焊接工藝流程，并能很好地適應(yīng)帶式輸送機(jī)鑄焊滾筒多種直徑和長(zhǎng)度規(guī)格的焊接要求。

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作者簡(jiǎn)介：陳艷紅，韓城礦業(yè)有限公司生產(chǎn)服務(wù)中心。