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  混凝土搅拌运输车搅拌筒前端封头接的减速机驱动,并通过滚道托轮支承转动。搅拌筒工作时除承受筒体自重和装载混凝土重量所造成的弯矩外,还承受回转驱动产生的扭矩。因搅拌车搅拌时产生偏载和车辆在复杂路面行驶中起步、制动,使搅拌筒受力极其复杂,设计或焊接工艺缺陷都可能导致滚道焊缝开裂。

自动上料搅拌车避免搅拌筒滚道焊接裂纹的探讨与实践

  一、搅拌筒滚道焊接裂纹概况
  搅拌筒滚道与筒体为角焊缝连接,焊缝开裂大多位于滚道一侧焊缝焊脚处,裂纹沿搅拌筒圆周方向焊缝纵向分布,为局部开裂。
  二、原因分析
  搅拌筒在工作时除承受弯矩及扭矩作用外,还承受混凝土在搅拌筒内沿周向和轴向运动的作用力,受力比较复杂。工作过程中,搅拌筒滚道焊缝开裂可能由以下几种原因造成:
  (一)材料因素
  滚道与罐体采用不同钢材,其含碳量相差较大,且焊后未进行热处理,在组焊时容易出现焊接裂纹。具体来说,当对厚薄相差悬殊时的滚道和体板两结构件进行焊接时,焊接热量的分布很不均匀:滚道的散热快,而体板的冷却慢。焊接的不均匀加热与冷却在两结构的接头之间形成了较大的拉应力。又因滚道处熔化金属的冷却速度很快,熔深较浅(仅1mm左右),容易产生焊缝根部的未焊透等缺陷,而且焊缝热影响区淬硬倾向明显,组织中存在粗大的马氏体组织,焊缝的性能(尤其是冲击韧性)很低,脆断的临界温度上升。这也是常见的焊接裂纹大多发生在滚道侧的主要因素。
  (二)搅拌筒受力因素
  罐体满载时应力变化复杂,会加速焊缝开裂。搅拌车在使用中,引起搅拌筒旋转时抖动,受力不均匀,加速焊缝开裂。具体来说,搅拌筒承载时主要受力位置在封头法兰和滚道两处。封头法兰与减速器采用螺栓固定联结并递扭矩;滚道承受两托轮支撑力,受力大小约为搅拌筒总承载量的50%。在额定动载荷时(以装载容量为10m?,动载系数取2.5为例),滚道的联接焊缝(轴向)受力约为8t;而滚道的工作焊缝的径向受力约为30t。当工作焊缝为主要受力面时,直接影响强度。尤其当结构存在的不连续性和工艺措施不当等因素时,往往会出现局部三向应力的缺口效应,缺口根部将出现明显的应力集中。搅拌车在行驶过程中搅拌筒滚道焊缝受的是交变循环应力,又因滚道小口支点后端伸出长度近800mm,为悬臂梁结构的受力型式,故最大应力汇集在小口焊缝处。当结构厚薄相差悬殊时对焊接结构形成三轴拉应力作用,并对拼装滚道与体板间存在的空隙(如局部大于2mm)造成失稳,加剧了结构焊接开裂速率。因此特定的结构条件中如存在较大的间隙或未焊透等缺陷时,在交变载荷的作用下,焊缝接头容易形成宏观裂纹;裂纹如未能及时处理,则在失稳状态下快速扩展和延伸,最终将会导致结构断裂。
  (三)焊接工艺因素
  罐体后锥段与滚道装配、定位焊后,大多采用卧式工装组焊,滚道与筒体贴合不紧密。如采用外力强制贴合焊接,存在内预应力隐患;而筒体和滚道厚度相差很大,截面突变处会产生较大的应力集中,焊接时热量传递速度不一致,滚道处焊缝未熔透。焊接后如不及时采取措施消除内应力,使用中焊缝易开裂。
  (四)扩散氢的影响

  当焊缝中的扩散氢含量较高时,是造成延迟裂纹的重要因数。焊缝中扩散氢主要来源于焊件表面的油污、铁锈等杂质在高温下侵入熔池,冷却时未能及时溢出而滞留在焊缝中形成的氢致裂纹。但二氧化碳气体保护焊,对氢的敏感性较差,焊缝中的扩散氢含量很低(一般小于0.04ml/100g,低氢焊条手弧焊为4.2ml/100g),因此在一般情况下,采用二氧化碳气体保护焊接时对焊件的表面清理要求不是很严。而在生产过程中,焊接表面通常已作了基本清理,故可排除焊缝中的氢扩散导致开裂的可能。

自动上料搅拌车避免搅拌筒滚道焊接裂纹的探讨与实践

  三、改进措施探讨与实践
  焊接接头是焊接结构中的关键部分,改善焊接工艺是保证焊接结构安全可靠的重要条件。
  1.随着搅拌筒容积增大,仅采用加大焊脚高度的方法,如10m3搅拌筒设计值为12+3.00(6m3为6.5+3.50),效果并不理想。分析认为,单纯增加焊脚尺寸并不能消除根部熔深不足和未焊透等缺陷,而适当增开焊接坡口和控制拼装间隙,是解决根部焊接质量的关键。实践表明:坡口开的太小(如初定为1mm×45°),则熔深不够,强度难以保证;坡口过大(如大于6mm),虽可增大熔深,同时也增大了熔敷金属量及焊接工作量。研讨确定:以体板等强度为基准,确定坡口尺寸为5mm×45°。
  2.在制作中严格控制拼装的间隙,保持滚道与体板的基本贴合。当间隙控制在0.5mm以内,可有效防止接头失稳,保证结构受力。
  3.拼装过程要求定位焊缝在滚道大口一侧,长度在60~80mm为宜。主要考虑拌筒放在工装上的焊接时,滚道大口焊缝基本处于近45°的最佳焊接位置,而轴向的收缩使滚道与体班的锥体更贴合,也有利于减少间隙。焊件开坡口,既能保证根部的熔透性,又能减缓了焊缝相时的瞬间冷却速度,焊接应力(特别是焊趾处应力)集中明显下降。在焊接中采用了第一层打底,第二层、第三层盖面的工艺方法,充分利用后道焊缝对前道焊缝的退火作用,使焊接接头性能得到改善。国际焊接协会试验研究结果:带坡口的角焊缝与具有相等计算厚度的一般角焊缝相比较,其强度可以提高20%~50%。

  4.在改进焊接方法中,预热是防止焊接裂纹常用的有效方法之一。通过预热可降低焊缝的冷却速度,特别是在500~800℃时的高温停留时间,是钢材相变最激烈的时候。不同的钢材需控制的相变温度有所不同,低碳钢主要控制其在650℃时的瞬间冷却速度,目的是尽可能降低焊缝的淬火应力和减少焊缝中的马氏体组织。采用不同的焊接工艺方法时,将得到不同的效果。由于搅拌筒体板近缝处的冷却速度明显低于滚道近缝处的冷却速度,两者差值约4~5倍。当滚道采用开坡口焊接,接头的高温冷却速度得到了一定缓解,有利于降低焊接残余应力。如能实施预热,效果则更加显著。焊前预热(低碳钢一般为80~120℃)虽是改善焊接接头的较好措施,但却受到一定的生产条件制约。在没能实施预热措施的情况下,根据搅拌筒的结构特点,采用了先焊接滚道大口环缝,再焊接小口环缝的工艺方法可获取较好的效果。因为滚道大口为近似45°的焊接位置,焊接热量能易集中在滚道处,熔深相对较好;再对滚道小口环缝施焊时,结构在前道焊接热量作用下已得到有效预热。焊接时再调整焊枪与后锥体板间的夹角为35°~40°,可保持焊接热量主要集中在滚道上,缩小了滚道与体板之间的冷却速度,结构的焊接接头总体质量得以较好改善。

自动上料搅拌车避免搅拌筒滚道焊接裂纹的探讨与实践

  总之,通过对搅拌筒滚道裂焊接裂纹的原因和改进措施进行分析,可以得到如下结论:(1)滚道增开合适的坡口是保证焊件的熔透性,降低了焊缝(特别是焊趾处)应力集中的有效措施。(2)保持体板与滚道的基本贴合,控制最大间隙≤0.5mm是降低结构拘束度的重要条件。(3)采用先焊接滚道大口,后焊接滚道小口的工艺方法,可充分有效利用焊接热效应,起到事半功倍的效果。


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