φ1626mm钢管水压机主缸体的焊接

攀钢集团成都钢铁有限责任公司 （四川 610500） 韩红梅

1.概述

我厂承接了由中国重型机械研究院（西重所）设计，在国际上也属于超大型的φ1626mm钢管水压机的制造任务，其结构主要由机架、排气移动小车、充水装置和排气头试压工具以及辅机设备等组成。而移动排气小车上的主缸是水压机的关键部件，技术要求十分严格，也是我厂首次制造大规格的主缸。由于φ1626mm水压机主缸缸体长2640mm，缸体头部外径1840mm，缸体外径1620mm，内径1220mm，厚度高达200mm。缸体要求按JB/T5000.15—1998锻件Ⅳ级锻件验收，其力学性能要求如下：σb≥480MPa、σs≥280 MPa、δ5≥12%、 Akv≥39J，材质采用了20MnMo。设计工作压力28MPa，试验压力34MPa。

由于该缸体尺寸较大，产品净重高达22.5t，整体制作难度大，超出我厂设备生产能力，故决定将主缸分拆为两段来制造，再组焊为一个整件，既降低单件重量，又减少了制造加工成本，从而大大缩短制造工期和降低制造难度、费用。为此确定了分断位置及坡口形式，并通过机加工来保证焊缝坡口的精确度，同时选择合理的焊接工艺及措施，确保焊接质量。

2.主缸体分段方案

（1）根据对高压缸体工作时受力状况的分析以及便于锻制和加工，确定了主缸的分段位置，分为缸体头段、缸体尾段两部分，并确定了对接焊坡口形式，如附图所示。

缸体结构

（2）为确保焊后两端达到同轴度要求，在两段缸体的焊缝连接位置设计了长60mm、厚10mm的环状止口。为确保对接处根部焊透，每段缸体对接处留间隙2～3mm、钝边3mm。设计环状止口可以达到两个重要效果：一是起到了组装焊接前的定位作用；二是增设了根部焊缝的垫板，使熔深最低位在垫板处，待焊后加工去除该垫板后也就清除了焊缝根部容易造成缺陷的位置，确保了根部的完全焊透和焊缝底部的焊接质量。

3.焊接性分析

20MnMo化学成分和力学性能如表1所示。其碳当量Ceq≈0.46%，由此可见20MnMo钢的淬硬倾向尚不严重，焊接性一般。但由于焊缝厚度达200mm，为避免产生冷裂纹，仍需要采取严格的工艺措施，即焊前预热，焊后进行消除焊接应力热处理等。

表1 20MnMo的化学成分和力学性能

4.焊接工艺

通过对20MnMo钢的焊接性分析，并结合我厂实际状况，确定的焊接方法为先用焊条电弧焊打底焊，再实施埋弧焊。

（1）焊接材料的选择 焊条电弧焊打底：采用E5015（J507 ）；埋弧焊填充、盖面焊：在自动焊床上采用埋弧焊进行焊接。焊丝选用大西洋牌型号为CHW－S2CG（H08MnA ）＋焊剂CHF301，φ4mm填充，φ5mm盖面焊。

焊条CHE50（型号E5015、牌号J507 ）化学成分如表2所示，熔敷金属力学性能如表3所示。

焊丝CHW－S2CG（H08MnA ）化学成分如表4所示，熔敷金属力学性能如表5所示。

表2 焊条CHE50熔敷金属化学成分（质量分数） （%）

表3 焊条CHE50熔敷金属力学性能

表4 焊丝CHW－S2CG化学成分（质量分数） （%）

表5 焊丝CHW－S2CG熔敷金属力学性能

（2）焊接设备 由于工件超重，为保证焊接全过程的安全，采用托辊支撑，将工件夹顶在我厂用C61100车床改造的堆焊机床上进行堆焊。埋弧焊机采用施威牌ZD5－1250晶闸管弧焊整流器，焊条电弧焊选用ZX5－630直流焊机。

（3）焊前清理与保护 由于坯料是分段锻制而成、经粗加工后方可实施焊接，为此坯料质量的好坏直接影响焊接质量，故应对所有坯件逐一检查外形尺寸，全部进行了着色、超声波探伤，对缺陷处补焊磨光，直到着色、超声波探伤合格后为止。焊前必须完全清除表面氧化皮等杂质，污物和脂油用丙酮清洗，油漆用碱、标记墨水用甲醇清除，特别是焊接接头两侧各50mm范围，包括钝边和坡口，从而保证所有焊件表面的清洁性和内外在质量。

（4）组装、定位、打底焊 将主缸体两段的内外止口配合，在垂直状态装配为一体，在外圆上用6件20mm×100mm×200mm的Q235钢板将工件均布焊接连接牢固，然后再整体平放，在焊缝水平位置进行打底焊，边滚动边焊接。为安全运输，焊层厚度保证5mm，焊完后打磨干净焊缝表面进行磁粉探伤，确认无缺陷后，取掉连接板。

（5）焊接参数选择 第一，焊前对主缸进行加热炉整体预热，预热温度200～250℃。

第二，打底焊：采用E 5015（J 507）、φ3.2mm打底，焊条需经350℃烘焙1h，置于保温筒中，随取随用。φ3.2mm，焊接电流100～140A；φ4mm，焊接电流100～140A。

第三，埋弧焊参数：焊接电流575～600A，电弧电压34～36V，焊接速度30m/h，焊接热输入控制在20～30kJ/cm。

由于该主缸体焊接量很大，故采用多层多道焊接，在焊接至焊接总量一半时（即100mm处），必须进行一次中间退火和超声波探伤检查，退火温度控制在580～620℃。

为确保焊缝质量，层间温度控制在200～220℃，注意焊后保温缓冷。主缸体焊接完成后再次进行整体退火、保温、缓冷。

（6）焊后焊接质量评价 按JB/T4730.3－2005对焊缝进行100%超声波探伤检查达到Ⅱ级合格。按图样设计要求进行70MPa的水压试验，保压10min，缸体无渗漏及冒汗现象，试压结果为合格。

5.结语

通过对材质为20MnMo钢的φ1626mm水压机主缸体焊接工艺分析和焊接生产实践，成功解决了大尺寸、大规格、高要求主缸体的焊接，圆满完成φ1626mm钢管水压机的制造任务。用户使用一年来，各项指标均正常。 （20121203）