大直徑法蘭拼焊平面度變形控制

戚建偉

隨著科學技術的進步，各種產品、機械裝備正向著大型化、高效率、高參數的方向發展，對產品的可靠性要求越來越高。我公司生產的斗輪堆取料機、圓形料場堆取料機在不斷的優化升級，堆取料能力逐漸提高。在加工制造過程中，作為主要受力部件的回轉大軸承法蘭，其制造質量控制成為重中之重。設備結構如圖1所示，通常設備中，法蘭尺寸如圖2、圖3所示。

大直徑法蘭通常采用焊接方法拼焊而成。在組焊過程中，常常由于焊接順序不正確，或未采取適當的防止變形的措施，致使變形量大，后續的矯正非常困難。

圖1 設備結構

圖2 圓形料場堆取料機法蘭

圖3 斗輪堆取料機法蘭

1.法蘭變形原因分析

法蘭采用的是低合金結構鋼Q345B或Q345C，厚度60～90mm。大直徑拼焊時，由于焊接量大，容易發生較大的橫向收縮；另外再加上法蘭的直徑大，法蘭剛度差，橫 向收縮將引起較大的法蘭平面度、圓度及周長的變化。

在拼焊過程中，由于法蘭的厚度較大，造成焊縫的厚度方向上分布不均勻，上面大、下面小，結果就形成了焊件的平面偏轉，兩側向上翹起一個角度。整體表現為法蘭平面度超差嚴重。

2.防止變形的工藝措施

（1）焊前準備 清理坡口及兩側表面各50mm范圍內的一些氧化物、油漬、水分及其他有害雜質。

（2）焊前預熱 由于預熱不僅可以改善焊接接頭的塑性，也能夠有效地降低焊縫受熱區的最高硬度，防止出現馬氏體淬硬組織，避免產生冷裂紋，降低焊后殘余應力，所以我們在焊前采取預熱措施，通常Q345的整體溫度為100～120℃。焊前預熱可以使焊縫區金屬和四周的金屬溫度差減少，在焊后又能夠均勻的緩慢的同時冷卻收縮，達到明顯減少焊接變形的目的。

（3）焊接參數及焊接注意事項 法蘭一般按圓周4等分或按實際情況分成不同大小幾段拼接，采用不對稱X形坡口，CO2氣體保護焊，多層多道焊。采用“剛性固定法”控制變形，在焊縫加焊“馬蹄鐵”。坡口形式如圖4所示。

焊接參數如表1所示，焊接時，法蘭的相對焊縫兩個焊工同時焊接，先填充大坡口一測，并在焊接過程中用1m鋼板尺測量焊縫角變形量。待焊縫處開始出現角變形即停止焊接，并用石棉板包裹焊縫保溫。翻轉工件，用碳弧氣刨清根，焊接過程同樣用平尺測量焊縫處的角變形量。按上述步驟反復進行，直到焊接完畢。

（4）焊后處理 焊接完畢后，采用遠紅外加熱帶或加熱塊，局部加熱方法對焊道進行去應力處理。加熱帶或加熱塊寬度應大于3倍的板厚，加熱部位在加熱和冷卻時需包好石棉。注意熱電耦點焊于構件的中間部位側面，不得接觸加熱帶或加熱塊。焊后熱處理參數如表2所示，熱處理曲線如圖5所示。

3.結語

厚板法蘭拼焊在大型設備制造中較為常見，采用上述工藝方法拼接法蘭，有效減小了法蘭的角變形量，焊后法蘭平面度3～5mm，完全滿足后續加工要求。生產實踐證明，上述工藝不僅執行方便，而且減少了工件翻轉次數，大大提高了工作效率。

表1 法蘭拼接參數

表2 法蘭焊后熱處理參數

圖4 坡口示意

圖5