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陈艳红  【摘要】滚筒是带式输送机中的重要部件，其结构性能、可靠性和使用寿命直接影响到带式输送机的性能。焊接工序是滚筒加工制作中的关键工序，也是质量控制中的关键环节。文章通过对带式输送机铸焊滚筒焊接工艺进行分析研究，并通过应用单面焊双面成形工艺、柔性粘贴式陶质衬垫、滚筒自动焊接中心等工艺、设备，制定出满足生产需求的焊接工艺规程。 关键词：滚筒；焊接；单面焊双面成形；陶质衬垫；工艺 1. 概述带式输送机作为运煤系统的主要组成部分，其可靠性直接影响煤量运输，而滚筒作为带式输送机的主要零部件，在输送过程中担负着传动、卸载、改向的重要功能，滚筒质量的好坏直接关乎到带式输送机整机的质量，同时也影响设备的运行效率，尤其是作为传动滚筒使用时，更承担着重要的传递动力的工作任务，它的质量好坏，决定着输送机的使用性能。滚筒一旦在运行中失效，将导致整条输送机不能正常运行，严重时滚筒开裂会将胶带划破，造成重大事故及经济损失。由于大多滚筒失效都是因焊缝的破裂而产生的，所以滚筒焊缝质量成为决定带式输送机产品质量的关键因素。 铸焊结构滚筒在重载下应用最为普遍，是大型带式输送机传动滚筒的首选结构。此结构由筒体与接盘焊接而成，焊缝分为筒体纵向对接焊缝及筒体与接盘环向搭接焊缝。铸焊滚筒筒体为钢板卷制而成，钢板材料为Q235，接盘材料为ZG230－450，其结构形式如图1所示。 2. 焊接工艺（1）焊接方法 经查阅文献并结合我公司现有设备及焊接技术，确定采用CO2和Ar混合气体保护焊打底、埋弧焊填充盖面的焊接方式，进行筒体纵向对接焊缝及筒体与接盘环向搭接焊缝的焊接，而且打底焊和填充盖面焊焊接工序均在滚筒自动焊接中心上完成。纵焊缝焊接时，将筒体放在滚轮架上固定，通过焊枪或埋弧焊机头纵向往复运动来实现打底焊及其余各层焊缝的施焊。环焊缝焊接时，将滚筒放在滚轮架上匀速转动，将焊枪或埋弧焊机头固定在滚筒焊缝上方水平位置，利用滚筒转动实现打底焊及其余各层焊缝的自动化施焊。滚筒自动焊接中心如图2所示。  图1 铸焊滚筒结构 （2）焊接材料 一般应选择与铸焊滚筒强度相当的材料，必须综合考虑焊缝金属的韧性、塑性及强度，焊缝强度一般不能低于产品的要求。焊缝强度过高，将导致焊缝韧性、塑性以及抗裂性能下降，从而降低焊接结构的使用安全性。此外，选择焊接材料时，还要考虑工艺条件的影响。根据铸焊滚筒的材料、坡口及接头形式，我们确定采用如下焊接材料。 第一，气体保护焊材料：焊丝为ER50－6、φ1.2mm，保护气体20%CO2+80%Ar。 第二，埋弧焊材料 焊丝为H10Mn2、φ4mm，焊剂HJ431。实芯焊丝H10Mn2与焊剂HJ431配合，保证焊缝良好脱氧和合格的力学性能。 母材及焊材的化学成分及力学性能如表1、表2所示。 （3）坡口形式 坡口尺寸的关键是装配间隙和钝边的大小。若装配间隙小、钝边大，焊接时不易熔透；反之，则出现烧穿现象。经试验，确定合适的坡口尺寸如图3、图4所示。 （4）焊前准备 ①清除坡口和坡口两侧50mm范围内及焊丝上的水、锈、油污等杂质。②HJ431是一种高锰高硅低氟的熔炼焊剂，须经250℃烘干2h后再使用。③筒体纵焊缝焊前在焊缝两端加引弧板、引出板。 （5）工艺过程分析 第一，定位焊：筒体卷制及筒体与接盘组对后进行定位焊，定位焊采用CO2和Ar混合气体保护焊进行焊接，焊接材料与正式焊接相同，定位焊缝长度40～50mm，焊缝间距200～300mm，焊缝厚度不得超过坡口深度的2/3。筒体纵焊缝定位焊应距离两端≥40mm处，定位焊缝存在焊接缺陷时必须清理后重焊。 第二，打底焊：筒体纵向对接焊缝及筒体与接盘环向搭接焊缝均采用CO2和Ar混合气体保护焊，并采用单面焊双面成形工艺。筒体纵焊缝焊接时衬垫采用柔性粘贴式陶质衬垫；筒体与接盘环向搭接焊缝采用锁底对接接头，锁底相当于永久性衬垫。 柔性粘贴式陶质衬垫其结构如图5所示。陶质衬垫由陶质块、防固化纸、铝箔、粘结剂涂层几部分组成。陶质块是陶质衬垫的主体，由氧化硅或氧化铝等材料在一定的温度下烧制而成，并在一面开有弧形的成形槽，以便焊接时熔化的金属流入其内强制成形。整条衬垫由数个尺寸大小相同的陶质块依次排列粘在铝箔上，可以进行适度弯曲，形成“软衬垫”。铝箔作为依托体，焊前将成形槽底部中央红线与焊缝找正对中后通过粘结剂涂层与工件粘结；防固化纸平时用于保护和防止粘结剂固化，在焊接粘贴前揭去。  图2 滚筒自动焊接中心 表1 母材及焊材的化学成分（质量分数） （%）  成分材质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 母材及焊材的力学性能  材质力学性能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  图3 筒体环焊缝坡口  图4 筒体纵焊缝坡口  图5 柔性粘贴式陶质衬垫结构 单面焊双面成形既可保证焊缝根部能够熔透，又不会出现烧穿等焊接缺陷，可以保证打底焊一次成形，达到背面不清根的目的。不仅提高了劳动生产效率，降低了人工费用、材料消耗，而且也可以有效避免因背面清根不彻底而留下的安全隐患，提高了无损探伤合格率 。 第三，填充焊及盖面焊：第一层打底焊和第二层焊缝采用CO2和Ar混合气体保护焊，其余填充焊及盖面焊采用埋弧焊多层多道焊。除打底和盖面外，埋弧焊每层焊缝增加的厚度不得超过6mm。焊接过程中每道焊缝焊接后，均应仔细清理焊渣及表面飞溅物。筒体环焊缝每道焊缝焊接接头应错开至少100mm， 当电弧中断再起弧时，应将原焊缝末端重新熔化，使起弧位置与原焊缝重合10～20mm。筒体纵向对接焊缝及筒体与接盘环向搭接焊缝如图6、图7所示。 根据板厚、坡口形式、工件材质的情况以及选取的焊丝直径，经过生产实践和超声波探伤检查，确定成熟的工艺参数如表3所示。 （6）焊后保证 第一，焊后检测：筒体纵向对接焊缝及筒体与接盘环向搭接焊缝焊缝完后，除了对焊缝外观进行质量检测外，还必须对焊缝进行超声波探伤检查，焊缝应符合GB/ T11345—1989中B类Ⅱ级或GB/ T3323—2005中Ⅲ级要求，对有缺陷的部位利用碳弧气刨清理后重新施焊直至合格。 第二，消除焊接应力：滚筒焊后应退火消除焊接应力，退火时升温速度≤100℃/h，加热至600～650℃保温 2h，随炉冷却至150℃后空冷。  图6 筒体纵焊缝 
表3 焊接参数  焊接层次焊接方式焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm∙min-1导电嘴与工件间距/mm气体流量/L∙min-11气体保护焊230～240 24～25 30～40 12～18 15～20 2气体保护焊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. 结语采用CO2和Ar混合气体保护焊打底焊、埋弧焊填充盖面的焊接方式进行筒体纵向对接焊缝及筒体与接盘环向搭接焊缝的焊接，以及柔性粘贴式陶质衬垫、滚筒自动焊接中心的运用，不仅降低了焊接的劳动强度，提高了滚筒的生产效率，而且自动焊接后的筒体焊缝均匀、成形良好，焊接变形小，气孔、裂纹、咬边等缺陷明显减少，焊缝质量完全达到工艺要求。目前，我单位生产的铸焊滚筒严格按照上述焊接工艺，已经形成了一套完整、成熟的自动化焊接工艺流程，并能很好地适应带式输送机铸焊滚筒多种直径和长度规格的焊接要求。 参考文献： [1]司鲜萍，武鸿谦.胶带输送机铸焊滚筒环焊缝坡口设计[J].焊接，2010（11）：66-68. [2]刘杰，等.焊接自动化技术在带式输送机改向滚筒制造中的应用[J].应用技术，2015（32）：211-212. [3]宋伟刚，李平，廖微微.大型带式输送机滚筒焊接工艺分析及其改进[J].矿山机械，2016（3）：34-37. [4]秦惠中，等.埋弧焊陶质衬垫单面焊双面成形技术研究[J].石油工程建设，2001，8（4）：17-19. [5]郝建军，等.埋弧焊工艺与实训[M].北京：北京理工大学出版社，2011. [6]王宗杰.熔焊方法及设备[M].北京：机械工业出版社，2006. 作者简介：陈艳红，韩城矿业有限公司生产服务中心。 |
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