液压与气动--液压油缸焊接中焊夹的改进

液压油缸焊接中焊夹的改进

            液压油缸焊接中焊夹的改进
          白范雄，李再华，申利风，张清辉
       (湘潭大学机械工程学院，湖南湘潭411105)
   摘要：根据企业的液压油缸焊接中普遍出现的问题，我们经过研究改进，将原来的卧式焊夹改为立式焊夹，再通过上水冷焊接，使焊接不仅达到图纸要求的垂直度和对称度，而且焊接效率也提高了5倍以上。液压试验完全达到要求。
   关键词：焊夹；液压油缸；焊接；水冷

   1. 问题的提出
  某系列液压油缸是由三个圆筒件组成的长筒形焊接件(如图1)。材料都是Q235一B。焊后要求为：三个零件的垂直度为0.05mm，对称度为0.05mm；焊后用螺纹接头堵死项C的另一端，注入20号液压油，在1MPa压力下，各焊接部位不许有渗漏。

  但在焊接中常会出现三个零件的垂直度超过2.OOmm，对称度超过2.OOmm 的问题。产品质量严重不合格，经常出现报废现象。为此我们设计了立式焊夹，并根据立式焊夹的特点从设计和工艺两方面进行了改进特别是采用了水冷焊接，这样，产品质量得到了稳定和提高了生产效率。
   2. 改进前的焊接工艺
   2.1 此焊接为长筒形零件焊接，为施工方便和提高效率，设计了一种卧式焊夹，如图2。

   2.2 为了装模方便和保证焊前的尺寸精度，三个圆筒形零件的配合为过盈配合，用铣床压紧装配。
   2.3 装模时靠项4的间隙配合和项2的顶力来固定项A，B，C三个零件。
   2.4 焊接时一人旋转项6，一人进行焊接施工。
   2.5 焊后成批进行去应力退火(200℃保温3h)。
   3. 改进前的焊接工艺分析
   3.1 本焊接工艺中采用了卧式焊夹，由于三个零件焊后的总长接近500mm ，在零件B完全靠摩擦力支撑的情况下，三个零件的轴心很难保证在一个平面上，垂直度很难达到要求。特别是在焊接过程中，由于零件在红热状态下塑性好，强度差，焊接后的变形使零件在重力的作用下很难达到图纸要求的0.05mm 的垂直度。
   3.2 焊前三个零件的装配是采用的过盈配合，这样在铣床上进行装配过程中就会产生外来应力，它会在焊接过程中和焊后释放，引起焊接变形。
   3.3 焊接过程采用一人焊接一人配合旋转的办法，即不是采用对称焊接，也会引起焊后变形。
  综上所述，此焊接工艺是不合理的。究其原因则是因为卧式焊夹而产生的问题，使焊接出来的部件垂直度和对称度都在2.00mm 以上。
   4. 改进后的焊接工艺分析
  4.1 设计方面
a．去掉项3上的坡口，把项2的坡口改为6O。，既方便施焊又减少焊接应力；
  如果把项3上的坡口去掉而加大项2上的坡口角度，根据焊夹设计方案就可以把焊条水平放置进行焊接改为焊条向下倾斜进行焊接，这样可给施工带来方便；焊接项2和项3时，相比而言，项3是薄弱零件，因为项3长度很长，可以看为薄壁零件，所以应减少在项3上的热输入量来减少焊接应力。
b．把项2与项1和项3的配合改为间隙配合，以此来减少外来应力和焊后的残余应力。并给在焊接时装模带来了方便。
   如果项1，2，3的配合为过盈配合，在进行装配时必然给上述零件带来外应力，并残留在装配件中，这些外加应力在焊接过程中会因为金属熔化降低了强度而进行释放，给焊缝带来了残余应力。
  4.2 工艺方面
a．更换焊条，将J427改为J422。便于焊后去渣，减少外来应力；原图纸要求使用的是J427焊条。因J422的脱渣性比J427好，在焊条烘干的情况下，焊缝质量是完全可以达到设计要求的，这样可以减少去渣时敲击带来的应力。如果项B零件的尺寸足够长，CO 气体保护焊枪能够作业，我们会选择热输入量小并且自动化程度较高的CO 气体保护焊。
b．重新设计焊夹见图3，保证焊接质量；
  由于卧式焊夹在焊接过程中会产生外来焊接应力，使零件焊后的垂直度和对称度达不到图纸要求，所以重新设计中的一个重要想法就是要尽量减少焊接过程中产生的应力。而立式焊夹所产生的应力是上下方向的力，没有左右方向的力，对垂直度和对称度都没有影响，可达到设计要求。

   从图3可以看出，立式焊夹装脱模容易，并且装模精度高。还可克服原来的卧式焊夹因在焊接过程中要旋转而带来的机械设计难度大的问题。此焊夹设计简单，制作方便，成本较低。
  c．用水冷焊接来提高工效，稳定焊后尺寸；Q235一B钢属于低碳钢，淬硬性较差，用水冷进行焊接，使焊缝在水冷的快速冷却下来不及变形，稳定焊后尺寸来提高焊接生产效率，而这样产生的焊接应力可以采用去应力退火的方式进行消除。
  d．焊后批量去应力退火。
  目的是为了消除焊后残余应力，稳定焊后尺寸，保证工件在产品运行当中不再发生尺寸变化。
   5. 具体施焊过程如下(如图4所示)
  a．为了减少焊接应力及提高焊接效率，采用两位焊工对称焊接的形式；

  b．搭焊项2和项3(按图4所示1，2，3，4的顺序进行点焊，焊缝的长度为5mm)；
  C．从1、2点同时起焊，逆时针焊接至3、4点；
  d．从1、2点同时起焊，顺时针焊接至3、4点；
  e．重复c、d工序到焊缝堆高达图纸要求；
  f．搭焊项1和项2CY法同工序b)；
  g．电焊项1和项2(方法同工序C，d，e，f)；
  h．焊后移动水冷装置进行水冷焊缝工序，等冷至100℃后卸下焊夹；
  i．进行零件批量去应力退火(200℃保温3h)
   6. 结论
  通过把卧式焊夹改为立式焊夹，并且根据立式焊夹的特点再加上水冷焊接，不仅使焊件的垂直度和对称度都达到了图纸要求，而且效率也提高了5倍以上，经液压试验完全达到要求，本课题攻关成功。说明了焊接质量的好坏不仅取决于焊接工艺，好的焊夹对焊接质量的提高也有着重要的作用。
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