顎式破碎機機架的焊接
輸送器 1 引言 顎式破碎機廣泛用于公路、建筑工程機械中,由于其工作時受沖擊載荷作用,所以提高其焊接質(zhì)量,是焊接生產(chǎn)中研究的問題。某廠生產(chǎn)的顎式..
&nb星型給料機sp;
&大型圓振動篩nbsp; 1 引言
顎式破碎機廣泛用于公路、建筑工程機械中,由于其工作時受沖擊載荷作用,所以提高其焊接質(zhì)量,是焊接生產(chǎn)中研究的問題。某廠生產(chǎn)的顎式破碎機機架采用16mm和12mm精細篩分機鋼板,結(jié)構(gòu)為箱型結(jié)構(gòu),材質(zhì)為16Mn,焊縫采用手工電弧焊。產(chǎn)品出廠后,使用一個月左右,多臺機架主焊縫開裂,返修時發(fā)現(xiàn)主要是焊縫中氣孔和裂紋。本人經(jīng)過深入的調(diào)查和分析,提出了一些工藝措施。
&nbs皮帶輸送帶p; 2 氣孔和裂紋的危害
氣孔是焊接中常見的缺陷之一。氣孔的存在首先影響焊縫的致密性(氣密性和水密性),其次將減小焊縫的有效面積。此外,氣孔還將造成應(yīng)力集中,顯著降低焊縫的強度和韌性,對結(jié)構(gòu)的動載強度有顯著的影響。人們通過研究統(tǒng)計X射線探傷底片上的缺陷,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)都是氣孔(80%左右),其次為夾渣、未焊透、裂紋。因此,防止氣孔是保證焊縫TD、D型斗提機質(zhì)量的主要內(nèi)容,也是提高焊縫一次合格率的主要措施。
裂紋是焊接連接中最危險的缺陷。按產(chǎn)生的時間不同,可分為熱裂紋和冷裂紋,前者粉體輸送機是在焊接時產(chǎn)生的,后者是焊縫冷卻過程中或冷卻后產(chǎn)生的。在焊接結(jié)構(gòu)中,使用過程中產(chǎn)生冷裂紋往往是很嚴重的質(zhì)量問題。冷裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展一般都比較隱蔽、時間較長,平時不會引起操作人員的注意,但一旦發(fā)生其后果卻是災(zāi)難性的。
3 焊接氣孔和裂紋的產(chǎn)圓錐破石機生
&慣性振動輸送機nbsp; 3.1氣孔
構(gòu)成氣孔的氣體,一是振動熱料輸送機來自于周圍介質(zhì),二是化學(xué)冶金反應(yīng)的產(chǎn)物。
&振動輸送機nbsp; 焊接低合金鋼時,形成氣孔的氣體主要是H2和CO,即通常所說的氫氣孔和一氧化碳氣孔。
氫氣孔的主要來源是焊條藥皮和焊劑中的有機物、結(jié)晶水或吸附水、焊絲與母材表面的油污、鐵銹以及空氣中的水分等,在高溫下分解產(chǎn)生H2,氫分子進一步分解為氫原子和離子。氫在液態(tài)金屬中的溶解度很高,在高溫時熔池和熔滴就有可能吸收大量的氫。而當(dāng)溫度下降時,溶解度隨之下降,即熔池開始凝固后,氫的溶解度要發(fā)生突變。隨著固相增多,液相中氫的濃度必然增大,并聚集在結(jié)晶前沿的液體中,使其濃度升高處于過飽和狀態(tài),形成氣泡。氣泡長大到一往復(fù)給料機定程度上浮,當(dāng)氣泡上浮速度小于結(jié)晶速度時就形成氫氣孔。
&nbs皮帶輸送p; CO主要是FeO、O2或其它氧化物與C作用的產(chǎn)物。即
[C]+[O]移動式輸送機=CO (1)
&n高頻振動旋流篩bsp; [FeO]+[C]=CO+[Fe] (2)
[MnO]+[C]=CO+[Mn] (3)
[SiO2]+2[C]=2C0+[SiO] (4)
碳對氧的親和力隨溫度升高而增大,高溫下碳比鐵、錳、硅等元素對氧的親和力都大些。因此,上述反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴區(qū)和熔池頭部。CO不溶于液態(tài)鐵中,在高溫形成后很容易形成氣泡并迅速排出,不僅不會形成氣孔,而且氣泡析出時使熔池沸騰,有助于其它氣體和雜質(zhì)排出。
生成氣孔的CO是在冶金反應(yīng)后期形成的。熔池開始凝固后,液體金屬中的C和FeO的濃度隨固相增多而加大,造成二者在液體金屬某一局部富集,濃度增加促使了式(2)的反應(yīng)進行,而生成一定數(shù)量的CO。這時形成的CO由于溫度下降、液體金屬粘度增加及冷卻快等原因,難于從熔池中逸出,而被圍困于樹枝晶粒間。此外,式(2)的反應(yīng)是吸熱過程,促使冷速加大,對氣體析出更有利。
3.2裂紋
在焊接生產(chǎn)過程中,由于采用的焊接材料不同,結(jié)構(gòu)類型、剛度以及施工、安裝的具體條件不同,可能出現(xiàn)各種形態(tài)的冷裂紋,比較常見的有焊趾裂紋、焊道裂紋、根部裂紋等。冷裂紋大多數(shù)具有一定的延時性即是一種延遲裂紋,一般是在有載荷的使用過程中產(chǎn)生的,裂紋發(fā)生之前有一段潛伏期,然后是裂紋的擴展,最后發(fā)生脆性斷裂,因此危害性很大。
大量的實踐和理論研究表明,冷裂紋產(chǎn)生的原因主要有以下幾種:焊接接頭含氫量、材質(zhì)的淬硬傾向現(xiàn)象以及約束應(yīng)力的影響等。
3.2.1氫對焊縫的影響
焊接時,焊接材料中的水分、電弧周圍空氣中的水蒸氣、焊絲和母材表面上的鐵銹油污等雜質(zhì),在施焊時經(jīng)電弧熱分解而給焊縫中帶人氫,而氫是引起焊接延遲裂紋的主要因素之一。焊接時,在高溫條件下,大量的氫溶解在溶池中,在隨后的冷卻過程中,由于溶解度的急劇降低,氫將極力逸出,但因焊接時冷速過快,使氫來不及逸出而保留在焊縫金屬中,焊縫中的氫處于過飽和狀態(tài),因而氫要極力擴散,焊縫中的含氫量是隨時間而變化的。隨著放置時間的增加,部分氫從焊縫中逸出,部分氫則擴散到鋼微缺陷處,成為殘余氫,而這些殘余氫繼續(xù)對焊縫起作用,成為冷裂紋的罪魁禍首。
氫是鋼中擴散最快的元素,其擴散的速度與溫度的高低成正比,溫度升高,氫擴散得越快。焊后焊件在較高溫度停留時間長些或設(shè)法使焊件冷卻得慢些就可以使氫充分擴散到焊件外面,使焊縫中的氫含量減少。焊前進行預(yù)熱,或者焊后熱處理使焊件在焊后緩慢冷卻,都可以使氫充分逸出減少冷裂紋。
3.2.2材質(zhì)的淬硬傾向?qū)淞鸭y的影響
鋼的淬硬傾向主要決定于其化學(xué)成分、板厚、焊接工藝和冷卻條件等。其中化學(xué)成分有很大的影響。鋼的淬硬傾向越大,越易產(chǎn)生裂紋。鋼結(jié)構(gòu)中采用的鋼材主要有兩種:碳素結(jié)構(gòu)和低合金結(jié)構(gòu)鋼。鋼結(jié)構(gòu)在在碳素結(jié)構(gòu)鋼這一鋼種中主要應(yīng)用Q235,低合金結(jié)構(gòu)鋼主要應(yīng)用Q345。低合金鋼含有錳、釩等合金元素而具有較高的強度。Q345的屈服強度比Q235提高將近一半,抗拉強度也提高不少。但抗拉強度提高時相對降低了塑性和韌性,對焊接結(jié)構(gòu)來說增加了轉(zhuǎn)脆傾向。
焊接條件下,近縫區(qū)的加熱溫度很高,使奧氏體晶粒發(fā)生嚴重長大,當(dāng)快速冷卻時,粗大的奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。由金屬強度理論可知,馬氏體是一種脆硬組織,發(fā)生斷裂時只消耗較低的能量。因此,焊接接頭有馬氏體存在時,裂紋易于形成并擴展。另外,淬硬會形成更多的晶格缺陷——空位和位錯,在應(yīng)力和熱力不平衡的條件下,空位和位錯會發(fā)生移動和聚集,當(dāng)濃度達到一定的臨界值后,就會形成裂紋源,在應(yīng)力和氫的作用下,裂紋源不斷擴展,形成宏觀裂紋。
一般以焊后熔合區(qū)在800~500℃冷卻時間小于出現(xiàn)鐵素體臨界冷卻時間作為出現(xiàn)裂紋的判據(jù)。焊接生產(chǎn)中常采用預(yù)熱、后熱和調(diào)節(jié)線能量等方法來延長800-500~12區(qū)間的冷卻時間,從而降低淬硬傾向。
3.2.3拘束應(yīng)力的影響
焊接接頭在拘束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力對延時裂紋起著很大的作用。焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的過程,會產(chǎn)生縱向和橫向焊接殘余應(yīng)力。施焊時,焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場,焊縫及附近溫度最高,達1600℃左右,其近鄰區(qū)域溫度則急劇下降。不均勻的溫度要求產(chǎn)生不均勻的膨脹,高溫處的鋼材膨脹最大,由于受到兩側(cè)溫度較低、膨脹較小的鋼材的限制,產(chǎn)生了熱狀態(tài)塑性壓縮。焊縫冷卻時,被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長度稍短,這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制,使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中這種拉應(yīng)力經(jīng)常達到鋼材的屈服強度。另外,焊縫縱向收縮,兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形,但實際上焊縫將兩塊鋼板連成整體,不能分開,于是在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力,而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。
焊縫在施焊過程中,先后冷卻的時間不同,先焊的焊縫已經(jīng)凝固,且具有一定的強度,會阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹,使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形。疊加焊縫上的后焊焊縫冷卻收縮時受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力,同時在先焊焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。橫向收縮引起的橫向應(yīng)力與施焊方向、先后次序有關(guān)。
在中厚鋼板的焊接連接中,焊縫需要多層施焊,因此,除有縱向和橫向殘余應(yīng)力外,還存在著沿鋼板厚度方向的殘余應(yīng)力。這三種應(yīng)力形成比較嚴重的三軸應(yīng)力,大大降低了材料的塑性,增高了強度和硬度,在低溫環(huán)境下,更使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展,加速構(gòu)件的脆性破壞。
鋼結(jié)構(gòu)在焊接時,特別是板厚大,拘束應(yīng)力大,使焊縫不能自由收縮,導(dǎo)致雙向、三向焊接應(yīng)力產(chǎn)生。這種焊接殘余應(yīng)力一般能達到鋼材的屈服極限值,是產(chǎn)生延遲裂紋及板材層狀撕裂重要的影響因素之一。結(jié)構(gòu)的不合理,剛度過大,拘束力過大,焊接應(yīng)力無法釋放,均會造成裂紋的產(chǎn)生。因此,采用合理的結(jié)構(gòu)接頭設(shè)計,采用剛性較小的節(jié)點形式,并合理安排施焊次序等,可以降低拘束應(yīng)力。
4產(chǎn)生氣孔和裂紋的主要原因分析
4.1焊條烘干
由于顎式破碎機機架焊接時,焊縫均采用手工電弧焊,所用焊條為低氫型E5016。要求焊前焊條進行350~400~(2烘干2小時,且保溫后隨用隨取。但通過跟蹤焊接過程發(fā)現(xiàn),對焊條的烘干溫度只有200~C左右,這樣使焊條藥皮中吸附的水分和藥皮組成物中的結(jié)晶水未能清除干凈,從而使由水分引起的氣孑L和裂紋傾向增大。
4.2 焊件清理
由于焊條E5016對焊件表面的水、氧化皮、銹、油污等比較敏感,因此,為防止氣孔,要求對焊件表面進行較嚴格的清理。但實際施焊過程中對工藝執(zhí)行并不嚴格,因而使氣孔和裂紋傾向增大。
4.3環(huán)境溫度較低
由于當(dāng)時焊接是在冬季,環(huán)緊溫度低于0~C。低溫條件下焊接時,由于焊縫金屬冷卻速度較快,因而裂紋傾向增大。特別是Q345,由于其合金元素含量比低碳鋼多,淬硬傾向較低碳鋼大,低溫施焊時出現(xiàn)裂紋的傾向更大。
4.4拘束應(yīng)力
機架主焊縫結(jié)構(gòu)為封閉焊縫,加之焊接順序采用直通焊,造成較大焊接應(yīng)力和拘束應(yīng)力。
4.5無后熱、消氫措施
低合金高強鋼中焊接冷裂紋的產(chǎn)生,焊縫中的氫是罪魁禍首。焊前預(yù)熱、后熱可以使焊件在焊后降低冷卻速度,延長冷卻時間,氫可以較充分地釋放,從而減少焊縫中的氫含量,減少冷裂與材料硬化現(xiàn)象。
焊后及時后熱,不但可以使氫充分逸出,還可以在一定程度上降低殘余應(yīng)力、降低材料的淬硬性。選用合適的后熱溫度可彌補預(yù)熱溫度的不足,降低預(yù)熱溫度。
5焊接工藝措施
針對上述因素,決定清除開裂焊縫,對顎式破碎機機架主焊縫采取如下工藝:
(1)保持焊條干燥和焊件清潔
焊條選用抗裂性較好的E5017。焊條在烘干箱內(nèi)進行350-400℃,2小時的烘干,烘干后的焊條裝入保溫筒內(nèi)隨用隨取。焊前嚴格清理焊件坡口及附近50-100mm范圍的油銹及雜質(zhì),并用手砂輪打磨出金屬光澤。
(2)預(yù)熱和焊后脫氫處理
焊前對工件進行150℃的預(yù)熱。
焊后將工件加熱到300-400℃,保溫1 h,然后蓋石棉被緩冷至室溫。
(3)合理的焊縫焊接順序
焊縫焊接順序進行調(diào)整,將直通焊改為對稱、分段、退步、多層窄道焊,通過調(diào)整焊接順序控制變形,減少焊接拘束應(yīng)力。除蓋面層、底層外,每層焊道焊后必須用風(fēng)鎬捶擊消除應(yīng)力。
6結(jié)語
用手工電弧焊焊接16Mn鋼顎式破碎機機架時,為防止使用過程中出現(xiàn)問題,焊前必須制定合理的焊接工藝,除了正確選擇焊條外,焊前對工件表面的油銹、水分等進行清理,并嚴格控制焊條的烘干溫度及時間,焊前預(yù)熱、焊后消氫處理、合理的焊接順序等措施,就可防止氣孔和裂紋的產(chǎn)生,使生產(chǎn)的顎式破碎機焊縫質(zhì)量得到大大提高,經(jīng)使用七、八年后效果良好,一直未出現(xiàn)焊縫質(zhì)量問題。
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- 電磁振動給料機(微型電磁振動給料機)
- 電磁振動給料機廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭、建材、輕工、化工、電力、機械、糧食等各行各業(yè)中,用于把塊狀、顆粒狀及粉狀物料從貯料倉或漏斗中均勻連續(xù)或定量地給到受料裝置中去。
- 環(huán)錘式破碎機
- 環(huán)錘式破碎機適用于破碎各種脆性物料,如煤、煤千石、焦碳、爐渣、頁巖,疏松石灰石等。物料的抗壓強度不超過10MPa,其表面水分不大于8%。
- 座式圓盤給料機
- 座式圓盤給料機是物料運輸機的一種輔助設(shè)備,適用于冶金、煤炭、建材、化工電力部門及機械化鑄造車間等精確均勻地給料與配料之用。
- 雙螺旋給料機
- 雙螺旋給料機使用靈活廣泛,配不同的控制器進行單(多)品種在線定量添加、隨動添加、失重添加及批量定量添加。
- 微量給料機
- 由儲料筒、翻料裝置、給料螺旋組成。根據(jù)物料性狀,可配彈簧螺旋、槳葉螺旋、帶式螺旋或滿面螺旋,即使是流動性很差的物料,也能均勻給料;采用特殊減壓措施,可以基本消除因堆積密度大而產(chǎn)生的流量變化影響;軸封效果好,使用壽命長??梢耘渥冾l調(diào)速器,也可配調(diào)速電機。
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