一種不銹鋼板焊接坡口的加工工藝

楊 磊

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

唐山三友集團(tuán)純堿公司2014年年度大修要對(duì)重堿車間碳化尾氣總管進(jìn)行更換，材質(zhì)由原來(lái)的20＃鋼改為316L。為了節(jié)省費(fèi)用公司決定不購(gòu)置成品管，由316L不銹鋼板卷制，此項(xiàng)任務(wù)由制修車間承擔(dān)（管道長(zhǎng)度約200m）。僅此一項(xiàng)就可節(jié)約費(fèi)用20多萬(wàn)元。

1 傳統(tǒng)焊接坡口加工方式及缺陷

板材購(gòu)入后，用等離子半自動(dòng)切割機(jī)按要求尺寸下料，并對(duì)焊接坡口進(jìn)行切割，最后由人工用角磨機(jī)對(duì)焊口進(jìn)行修磨，以達(dá)到使用要求。經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)此種方法在實(shí)際施工中存在許多的缺陷，其主要缺陷如下：

1）雖然等離子切割效率高，但是切割后必須對(duì)坡口進(jìn)行修磨，以去除其在切割中產(chǎn)生的氧化層。

2）在切割過(guò)程中產(chǎn)生的高頻和電磁輻射及大量的煙塵和重金屬物質(zhì)，對(duì)操作人員的身體有一定的危害。

3）等離子切割后坡口組織發(fā)生變化，容易產(chǎn)生焊接缺陷，雖然對(duì)焊接強(qiáng)度影響不大，但對(duì)使用過(guò)程中的耐腐蝕性有很大的影響，會(huì)嚴(yán)重影響到管道的使用壽命。

4）人工對(duì)其切割面的修磨勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。

2 刨床加工鋼板焊接坡口的方法

為了提高工作效率和保證焊接坡口的質(zhì)量，以便給后續(xù)的焊接工作提供可靠的保障，在無(wú)專用加工坡口設(shè)備的情況下，我們擬定利用車間現(xiàn)有的單臂刨床對(duì)坡口進(jìn)行刨削加工。

車間現(xiàn)有單臂刨床的加工范圍：最大加工長(zhǎng)度4 000mm，床面寬度1 200mm。

需要加工板材尺寸：長(zhǎng)3 173mm，寬1 500 mm，厚10mm。

由于板材的寬度超過(guò)了刨床工作臺(tái)范圍，所以在加工中要考慮工件的壓緊問(wèn)題。鋼板的壓緊只能采用在長(zhǎng)度方向上進(jìn)行壓緊，由于工件長(zhǎng)，所以就存在板材的兩端壓緊了，而中間位置不能很好地壓緊，在刨削過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)裝夾剛性差而引起振動(dòng)、板材壓不平使刨出的坡口不均勻等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)因裝夾剛性問(wèn)題而無(wú)法進(jìn)行加工。

3 利用單臂刨床加工鋼板的坡口

3.1 專用壓杠的應(yīng)用

為了避免出現(xiàn)鋼板中間位置壓不實(shí)的情況，我們改變工件的壓緊方法：由普通壓板的壓緊方式改為制作一個(gè)專用長(zhǎng)壓杠。

3.1.1 專用壓杠的制作

為了保證減少裝夾過(guò)程中的變形，增大夾緊力，使加工更穩(wěn)定。決定壓杠由兩段200mm×3 500 mm的槽鋼反扣后焊接在一起，兩塊槽鋼焊接在一起后可以使壓杠剛性增加。在槽鋼200mm寬度方向上每隔500mm焊接一塊6mm×50mm×200 mm的長(zhǎng)方形板。長(zhǎng)方形板的作用是為將來(lái)加裝斜墊鐵做準(zhǔn)備。槽鋼焊接在一起后兩端各鉆一個(gè)孔距3 300mm的φ26孔。（用作裝M24螺栓壓緊板材用）。壓杠形狀見(jiàn)圖1。

圖1 壓杠

3.1.2 壓杠的壓緊方式

用壓杠壓緊板材長(zhǎng)度方向的一端，另一端的兩側(cè)用兩個(gè)壓板壓緊，另外由于壓杠過(guò)長(zhǎng)使板材的中間部分無(wú)法有效的壓緊，所以我們?cè)诓垆摵附臃桨逄幃a(chǎn)生的間隙中加入若干個(gè)斜墊鐵（由于斜墊鐵有楔入壓緊的作用，所以板材的中間部分也就得到有效的壓緊）。定位壓緊方式見(jiàn)圖2。

圖2 壓緊方式示意圖

3.2 大尺寸鋼板坡口的加工

由于不銹鋼的特性，在刨削加工中不銹鋼比較難加工。

1）加工硬化傾向大，高溫強(qiáng)度高。與一般鋼材相比，不銹鋼的強(qiáng)度、硬度并不高，甚至還低些，但由于含有大量Cr、Ni、Mn等元素，塑性和韌性好，高溫強(qiáng)度高，加工硬化傾向大，因此切削負(fù)荷重。此外，奧氏體不銹鋼在切削過(guò)程中，內(nèi)部還會(huì)析出一些碳化物，加劇了對(duì)刀具的擦傷。

2）導(dǎo)熱系數(shù)低。不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)一般約為中碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)的1／2～1／4，切削溫度高，刀具磨損快。

3）切屑與刀具粘結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重。不銹鋼材質(zhì)在切削過(guò)程中容易生成積屑瘤，既影響加工表面光潔度，又容易造成刀具表面剝落。

4）切屑不易卷曲、折斷。對(duì)封閉及半封閉容屑的刀具，易造成切屑堵塞現(xiàn)象，使加工表面光潔度下降及刀具崩刃。

5）線膨脹系數(shù)大。不銹鋼的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼線脹系數(shù)的一倍半，在切削溫度的作用下，工件容易熱變形而影響加工尺寸精度。

針對(duì)上述情況，我們對(duì)加工過(guò)程中的刀具材料、刀具幾何參數(shù)及切削用量的選擇等方面都采取了具體的措施。

3.2.1 刀具材料的選擇

選用硬度高、韌性及耐熱性好，具有與不銹鋼化學(xué)親和力小的刀具材料。可采用高速鋼刀具或鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具。雖然鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具硬度高、耐磨性好，但是抗沖擊性能差，特別是在裝夾剛性不好的情況下容易產(chǎn)生扎刀的現(xiàn)象，所以我們擬采用高速鋼刨刀，雖然高速鋼刀具硬度、耐磨性等方面不如硬質(zhì)合金，但是如果刀具角度刃磨合理也會(huì)有很好的耐用度和加工效果。

3.2.2 刀具幾何參數(shù)的選擇

1）前角及后角不宜大，經(jīng)過(guò)多次的試磨，我們采用如下刀具角度，有效地解決和控制了刀具磨損問(wèn)題。

前角10°～15°

后角5°～10°

主偏角采用60°（也就是焊口所需要的角度）

2）斷屑槽采用直線圓弧形

斷屑槽采用直線圓弧形，這樣就增大了刀具楔角的角度，使刀頭的強(qiáng)度增加并擁有良好的散熱效果，并且直線圓弧型槽大大減小了切屑的排除阻力，能使大量的切削熱被切屑帶走。另外斷屑槽盡量磨得大而光滑，防止因切屑排除不流暢造成鐵屑堵塞，使切削溫度升高而加快刀具的磨損。

3）修磨刨刀的前后刀面，粗糙度達(dá)到Ra1.6以上，使切屑排除更加流暢，并且不容易粘結(jié)在刀刃上，大大的提高了刀具的耐用度。

4）負(fù)倒棱不易過(guò)寬，可取0.2～0.4mm。

3.2.3 切削用量的選擇

1）切削速度不宜過(guò)高，由于不銹鋼導(dǎo)熱性差，切屑和刀具具有很高的粘結(jié)性，容易產(chǎn)生積屑瘤，對(duì)加工影響很大。為了避免產(chǎn)生積屑瘤，我們采用較低的切削速度，大約20m／min。

2）進(jìn)給量不宜過(guò)大，以免切削負(fù)荷過(guò)重，但也不要太小，進(jìn)給量宜選用0.45mm。

3）吃刀深度：加工鋼板坡口時(shí)，選用主偏角為60°的成型刀具直接刨削完成。

3.2.4 提高刀具及工件的剛度

板材定位壓緊后，就要對(duì)其進(jìn)行刨削。上刀架由于壓杠的原因，刀桿部分要伸出很長(zhǎng)，會(huì)使刀桿剛性降低影響加工，所以我們采用單臂刨床的側(cè)刀架進(jìn)行刨削。

為了提高刀具的剛度，可增大刀桿截面積，減少刀具的懸伸長(zhǎng)度等。

3.2.5 減少基本時(shí)間，提高工作效率

在刨削加工過(guò)程中，適當(dāng)提高刨床后退速度，可以大大的縮短工件加工的基本時(shí)間，提高工作效率。

4 加工結(jié)果

通過(guò)以上對(duì)板材壓緊的改進(jìn)、材料的分析、刀具的刃磨以及切削用量的選擇等方面所采取的一系列措施，有效的改善了316L不銹鋼板材在加工過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題，大大的提高了工作效率（效率是等離子切割后再人工修磨的3倍以上），并在加工質(zhì)量上為下一步的焊接提供了可靠的保障。

［1］ 上海金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì).金屬切削手冊(cè)［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1984