以焊代铸工艺在复杂箱体零件上的应用

发布时间：2021-03-23

　　摘要：针对复杂结构箱体铸造毛坯铸造缺陷多、加工余量大等问题，以煤矿用钻机减速箱箱体为例，通过结构分析，设计了焊接式箱体，配合适当的工艺措施，实现了以焊代铸工艺在复杂箱体零件上的应用，为生产提供了新的选择。

　　关键词：箱体;以焊代铸;焊接

　　0、引言

　　以焊代铸工艺是采用焊接构件取代铸造毛坯的一种工艺方法，能有效避免铸件毛坯存在的气孔、夹砂、缩松等缺陷。特别是针对结构复杂、箱壁厚薄不均、铸造工艺性差的箱体类零件，该工艺在毛坯质量和生产周期两方面给生产组织提供了更优的选择。本文以某型煤矿用钻机减速箱箱体为例，介绍了以焊代铸工艺在复杂箱体类零件上的实际应用。

　　1箱体工艺性分析

　　某型煤矿用钻机减速箱箱体三维示意图如图1所示，箱体材料为ZG270-500。箱体是钻机动力输出机构的一个主要零件，起着固定和支撑轴系传动零部件的作用。箱体的加工精度直接影响到与其装配的传动轴系的位置精度，最终将决定整机动力输出的平稳性。

　　箱体加工表面主要为平面和孔。轴系孔多用于轴承安装，起着固定轴系零件的作用;平面上的螺纹安装孔用于联接密封端盖或者液压马达。减速箱运行时箱体内要注入液压油，轴系零件的传动要求平稳、低噪声。所以，箱体上这些孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度，孔系之间的同轴度、平行度，孔与平面的垂直度等都有较高要求。箱体主要的轴系孔准240mm、准205mm、准100mm、准88mm尺寸精度均为J7，表面粗糙度Ra≤1.6μm，相互平行度0.05mm。

　　箱体结构复杂、箱壁厚薄不均、铸造工艺性差，但是加工面的尺寸精度和形状精度要求高，由于传统的铸造毛坯难以避免气孔、夹砂、缩松、飞边等铸造缺陷，影响了箱体的切削性和腔体密封性，需要花费大量的精力去寻找渗漏点并焊接修复，生产成本和报废率居高不下，生产周期不稳定。为此，决定采用焊接结构代替铸造毛坯进行加工。

　　2焊接方案设计

　　2.1焊接材料选择

　　铸造毛坯材料为ZG270-500，综合考虑材料的力学性能和焊接性能，焊接结构材料选择低碳钢Q235A。低碳钢Q235A的强度与ZG270-500相近，但焊缝存在裂纹倾向，宜选用低氢碱性焊条。

　　2.2焊接结构设计

　　根据箱体的结构特性及功能需求，结合材料的适用性，将焊接箱体分为主面板、盖板安装座、联接座和辅助支撑肋板等零件组焊而成，焊接箱体结构示意图如图2所示。

　　(1)主面板箱体前后主面板加工到成品尺寸。面板与各联接座采用过盈配合，面板上的联接座安装孔准310H7、准275H7、准164H7孔口设计15mm坡口，单面施焊。安装孔与面板基准面的垂直度公差取0.02mm，以保证箱体加工后轴系孔之间的平行度0.05mm。

　　(2)联接座各联接座外形加工到位，与面板安装孔配合尺寸公差取p6级，与面板安装孔过盈配合，以保证组装及焊接后的垂直度要求。各联接座内孔单边留加工余量5mm，焊后加工，以保证孔系尺寸精度、形状精度及位置精度。

　　(3)盖板安装座盖板安装座端面要加工16-M12(螺纹有效深15mm、孔深20mm)螺纹联接孔，为了避免钻穿导致漏油，联接座厚度必须大于螺纹孔底孔深度20mm，联接座与箱体侧板及主面板在箱体内侧组焊。

　　(4)辅助支撑肋板箱体上其余各辅助支撑肋板外形直接加工到位，待箱体主体结构组焊后再按技术要求焊接到位。

　　2.3焊接工艺设计

　　减速箱工作时箱体内腔是密封结构，注入液压油，要求能承受1.5MPa工作压力，齿轮高速旋转会使油液飞溅，必须杜绝焊缝缺陷引起的油液渗漏问题，同时要保证焊缝强度。箱体轴系孔的形位精度关系到减速箱性能好坏，要求减少焊接变形。焊接工艺路线：前后主面板与对应的联接座组装焊接→分别与箱体侧板组焊→焊接箱体底座构件→焊接盖板安装座→焊接各辅助支撑肋板。

　　(1)焊前准备焊接构件焊接坡口及周边20mm内清理油污、吹干;在定位工装上将前后主面板分别与对应联接座配合，压装到位;焊前将待焊结构件先预热，预热温度不低于50℃;焊条烘干待用。

　　(2)焊接构件之间在定位工装上调整定位，点焊固定。先焊短焊缝，后焊长直焊缝和弧形焊缝;优先对称施焊，避免焊缝集中、热应力过大;分层施焊，焊条牌号选择J421、J422,每层焊缝厚度要低于焊条直径，先采用准2mm小焊条、40A低电流低速焊接，再采用准5mm焊条、250A电流分层焊接，注意控制层温不低于150℃。

　　(3)焊后处理待箱体全部焊缝焊接结束，应立即送入回火炉进行回火去应力。回火温度600～650℃，保温时间不低于1h，出炉后应在静止的空气中冷却。

　　(4)检查焊缝质量焊缝外观不得有明显的咬边、夹渣;在5倍放大镜下焊缝及周边热影响区不得有裂纹、气孔;采用煤油试漏法检查焊缝严密性。

　　3结语

　　通过多批次投产验证，采用以焊代铸工艺焊制的箱体经过粗加工和精加工后无一毛坯缺陷，水压试验全部合格，各项技术指标满足设计要求。相较于铸造毛坯，焊制毛坯的加工余量和生产周期均大幅减少，避免了铸造缺陷引起的返修和报废，经济效益较为显著。——论文作者：田乐意

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