輪胎式圓筒混合機壽命長壽化研究

常曉巍

摘 要：通過一年的記錄分析圓筒存在的問題，進行分析，找出產生問題的原因，制定方案；通過材料、尺寸的更改提高圓筒的強度及剛性；通過組裝、焊接工藝的優(yōu)化消除焊縫薄弱環(huán)節(jié)存在的問題，提高焊縫的強度等相關措施來延長圓筒的使用壽命。

關鍵詞：輪胎式圓筒；設計工藝優(yōu)化；壽命

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.006

1 前言

煉鐵燒結用輪胎式圓筒混合機使用2年后擋圈及加強圈位置頻繁出現焊縫開裂，為保證設備的安全運行，只能采用焊接修復，平均每2個月左右焊一次。隨著焊補次數增多，導致焊縫周圍母材組織發(fā)生變化，晶粒粗大，強度下降，嚴重影響圓筒混合機的使用壽命。據統(tǒng)計平均每4年更換一個。由于圓筒混合機的外形尺寸較大，直徑為φ3044mm，長度為12米，一般由5-6段組成，并且長度方向加強圈較多，焊接量較大，從而導致應力較大，在使用過程中應力無法釋放，從而導致在薄弱環(huán)節(jié)上開裂。為了提高圓筒混合機的使用壽命，通過承載計算、殘余應力分析，將圓筒結構進行更改，優(yōu)化圓筒圖紙，選擇合理的材料，制定合理的組裝、焊接工藝來消除薄弱環(huán)節(jié)存在的缺陷，提高焊縫的強度，延長圓筒的使用壽命。

2 開裂原因的分析

自2015年4月開始，每2月一次對圓筒混合機進行檢查，發(fā)現開裂位置進行記錄，制定修復方案在線維修。通過一年的檢查發(fā)現，圓筒開裂的位置基本在加強圈上，特別是靠近輪胎位置出現較為頻繁，開裂也比較嚴重，焊縫開裂后甚至撕裂母材；其次是擋圈位置，也經常出現焊縫開裂現象。

針對開裂位置進行分析，由于圓筒長度太長，一般由5-6段組成，為保證圓筒的圓度及剛性，對圓筒通過增加加強圈進行加固的方式進行固定，此方式在靜止狀態(tài)下可行，但在動態(tài)的情況下存在弊端，由于加強圈布置較多，焊縫又大，造成焊接應力較大，雖然在制作后進行了振動時效，但效果不是很明顯，因此在投入使用后，由于應力釋放不徹底，使用一段時間后，會在圓筒最薄弱的環(huán)節(jié)即焊縫位置產生開裂現象，特別是加強圈的焊縫，由于是環(huán)形焊縫，同一道焊縫存在多種位置的焊接，平焊、爬坡焊、倒焊、甚至仰焊，焊接難度較大，焊縫的質量不易得到保證；同時焊縫未要求開坡口焊接，為保證剛性，增加了焊縫厚度，導致應力加大。加強圈的焊接固定，使圓筒的剛性增加，柔性降低，在圓筒的旋轉運料過程中，剛性大阻礙了焊接應力的釋放，是導致加強圈處焊縫開裂的主要原因。

擋圈位置的開裂是由于圓筒在滾動過程中，筒內物料不均勻導致圓筒跳動撞擊擋輪，焊縫受外力作用，導致焊縫開裂。

3 在線修復及設計優(yōu)化

根據查出的原因及分析，制定在線使用圓筒的修復方案，使圓筒的開裂程度降到最低，同時進行圖紙設計優(yōu)化，使新制圓筒焊縫避免開裂。

3.1 開裂焊縫的現場修復

（1）擋圈開裂焊縫的修復：首先將圓筒焊縫開裂處轉到平焊位置，在擋圈開裂位置的端部使用手電鉆頭鉆上止裂孔，然后用碳弧氣刨將缺陷刨除，再用磨光機進行修磨，露出金屬光澤，使用CO2氣體保護焊進行多層多道焊，為保證焊接質量，打底焊和填充焊選用不同的焊接參數，每焊一層進行修磨，焊后采用小錘進行焊縫周圈的敲擊，以最大限度地進行應力消除；

（2）加強圈焊縫的修復及結構的優(yōu)化：焊縫修復方式同擋圈一樣，將焊接缺陷刨除，修磨后進行焊接，焊腳尺寸不應太大，確保焊接質量；焊后將加強圈沿圓周方向分為3段斷開，相鄰加強圈斷開位置相互錯開。切割時將加強圈留有10mm余量，防止割到圓筒母材。

3.2 新制圓筒的設計工藝優(yōu)化

（1）設計優(yōu)化。A.材質的更改。將原Q235B全部更改為Q345B，提高圓筒的強度；擋圈采用45#，加工完成后進行調質處理，提高擋圈的硬度，減少磨損。B.擋圈位置的設計更改。將擋圈位置的筒皮厚度加厚，增加圓筒的剛性，原設計為20mm，改為24mm，其余部位還是采用20mm，過渡位置采用機加工方式進行削薄處理，減少應力集中。C.加強圈設計的更改。將加強圈按圓周方向分三部分組成，留有15-20mm間隙，相鄰兩加強圈間隙位置相互錯開，避免因應力釋放時圓筒變形出現在同側。

（2）工藝優(yōu)化。A.將加強圈采用交錯斷續(xù)焊接，接頭位置必須對齊，減少焊縫數量，焊腳高度改為6-8mm，減少應力集中。B.擋圈位置兩面坡口加大，留有10mm鈍邊，焊接時起10mm凹形焊角，保證焊接質量，焊后進行探傷，內部無焊接缺陷。C.圓筒焊接完成后進行多次振動時效，降低焊接應力，同時靜止存放10-15天，進行自然失效，去除應力。D.應力消除后將加強圈進行分段，圓周方向分為3段，每個加強圈的分段位置進行相互錯開，保證在使用過程中，應力的釋放。

4 應用情況及效益

經過3個月的使用效果驗證，此臺改制后的圓筒混合機焊縫開裂現象明顯降低，原2個月每個加強圈都有不同程度的焊縫開裂，改制后3個月僅發(fā)現一處不足700mm的焊縫開裂現象。

5 小結

（1）通過對圓筒開裂位置及缺陷的分析，確定了圓筒開裂的根本原因，制定了在線使用圓筒的修復方案，減少了圓筒的開裂頻率，降低了修復次數。

（2）通過設計、工藝優(yōu)化，提高圓筒的強度及剛性，消除焊縫薄弱環(huán)節(jié)，提高焊縫的強度，延長設備的使用壽命。