16吨电动铁水包耳轴的焊接质量控制铸造热处理专业.docx

16吨电动铁水包耳轴的焊接质量控制摘要：耳轴对于铁水包的浇注安全起到至关重要的作用，它承载着铁水包盛放铁水的大部分重量，那么对于耳轴的焊接就显得尤为重要了。由于耳轴的焊接不仅要保证其焊缝的质量，而且还要保证其在铁水包两端的耳轴的同轴度达到设计要求。本文通过对耳轴材料的选择和堆焊焊接来保证焊缝质量，采用“假轴”的焊接工艺使得铁水包两端的耳轴达到设计的同轴度要求，再经过对产品的探伤和去除焊后应力达到耳轴焊接的质量控制要求。关键词：焊接 耳轴 45钢 质量控制 1 前言铁水包用于铸造车间浇注作业，在炉前承接铁液后，由行车运到铸型处进行浇注。耳轴是我公司生产的16吨铁水包上的关键部件，它是铁水包的重要承载和传动部件，炉体和减速变频机的重量都作用其上。在工作中它要传递倾动力矩，不仅要承受弯 、扭 、高温传导和高温辐射热负荷，而且还要承受由于频繁启动和制动而引起的冲击负荷。耳轴的设计首先应考虑安全因素，其次是大批量的使用，还须考虑它的经济性。对其制造、使用尤为重要，所以它直接影响着整套设备的安全。那么对于耳轴的焊接就显得尤为重要了，其中对于铁水包耳轴的焊接，特别是铁水包所要求的包体两侧的耳轴焊接时保持同轴度，铁水包托圈耳轴同轴度的控制是铁水包托圈设计、制造及使用过程中需考虑的一个重要技术指标，其取值不但与设备的制造使用有关，也与托圈系统支撑机构的原理有关，其合理的取值与评估在业内有各种不同的观点。事实上，该值的取值直接影响托圈的制造和铁水包耳轴支撑的安全使用，故耳轴同轴度的测定与控制是托圈设计、制造及使用过程中要控制的一项关键的技术。 图1 16吨电动铁水包及其耳轴针对于耳轴在此方面的焊接要求，我厂经过多次焊接及其在耳轴的焊接质量控制方面不断进行工艺改进，保证了焊缝满足要求。也采用了使用“假轴”的定同轴度的焊接工艺，在这方面最终取得了较好的成绩，保证其同轴度达到要求，减少耳轴因为同轴度问题而产生的安全事故。所生产的各种规格的铁水包，特别是耳轴焊接要求方面经过检测各项指标均达到了设计要求，从而掌握了这一结构的焊接要领。同时，使铁水包耳轴的性能更优良，更安全可靠，并且大大降低了铁水包的制造成本和周期。2 分析2.1材料的分析铁水包体的材料为Q235钢，连接筋板材料也为Q235钢，筋板更好的加强了耳轴和包体、托圈的固定，增强了耳轴与包体焊接承受各种力的强度。而耳轴的材料我们现有2种牌号的钢可供选择：45钢和25CrMnSi。45钢为普通碳素钢，而25CrMnSi为合金钢，为了更好的选择这两种材料哪一种更适合铁水包耳轴的材料，作了如下分析对比：2.1.1 材料的化学成分及机械性能牌号主要化学成分CMnSiPSCr25CrMnSi0.220.280. 901.200. 801.100.0350.0350.801.1450.420.50%0.500.80%0.170.37%0.0350.035表1 25CrMnSi和45钢的化学成分表2 25CrMnSi和45钢的机械性能牌号机械性能b（Mpa）s Mpa）伸长率5%（%）Akv(J)25CrMnSi108088510403945600(61)355(36)164039 根据表2可知25CrMnSi具有较高的强度和韧性，冷变形加工塑性高，含碳量低，锰、硅含量较高，抗拉强度和屈服强度较高，收缩率和冲击功适中，用于制造强度较高的焊接件，韧性较好的受拉力的零件，以及厚度小于16mm的薄板冲压件、冷拉零件、冷冲零件，同时也是大型锻件耳轴的材料，可承受70T的重量。45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工，调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的，但表面硬度较低，不耐磨。可用“调质表面淬火”提高零件表面硬度。45号钢用途：轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。从成分和机械性能方面可以看出，45钢的强度和屈服点都比25CrMnSi低，而25CrMnSi更适合制造高强度的要求的零部件，合金材料给予了它的这个性能，但是45钢经过调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的。2.1.2 材料的焊接性包体材料和筋板均采用Q235钢，它属于低碳钢，由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后续加热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。25CrMnSi焊接热影响区的脆化和软化：25CrMnSi 钢与Q235相比，由于含碳量偏高合金元素多, 钢的淬硬倾向大Ms 点又低, 因而在淬火区产生大量脆硬的马氏体, 导致严重脆化, 因此钢水包所用的25CrMnSi耳轴在焊前为调质状态下, 如果焊接时热影响区被加热到超过调质处理时回火温度的区域, 将出现强度、硬度低于母材的软化区, 该软化区可能成为降低接头强度的薄弱区。裂纹：这种钢的脆硬倾向大, 近缝区所出现的马氏体组织增大了焊接接头的冷裂倾向, 且含碳及合金元素含量较高, 焊缝凝固结晶时结晶温度区间大,偏析倾向也较大, 因而焊接时也会出现热裂纹, 这种钢具有应力腐蚀开裂敏感性而45钢焊接性能中等，需要焊前预热100200度，焊后保温。2.2 拘束力分析金属结构在力的作用下，不容易发生变形，就说它的刚性大。衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标是拘束度。拘束度越大，即刚性越大，焊接结构就越容易变形，但其产生的焊接应力就必然越大。包体厚度为16mm,耳轴直径224mm，包体净重2500kg，最大厚度为427mm，自身刚性很大，虽然焊接变形较小，但是会产生巨大的内应力，甚至会产生开裂，所以在使用耳轴材料时不管是45钢还25CrMnSi，焊接时应该进行预热。2.3 焊接方法金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。25CrMnSi需要采用CO气体保护焊, 打底焊采用手工焊。而45钢焊接采用简易的手弧焊即可。因Q235较好的焊接性能我公司现采用的主要是手工焊+半自动焊，其中对于耳轴的焊接采用了手工电弧焊；而埋弧焊，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好，焊接缝隙是直缝，但是耳轴处于的工件体积太大，重量也大，工作时难以翻转，耳轴焊接需要环焊，点焊定位等，所以不能采用埋弧焊。因考虑其经济成本，与自动焊接相比，传统的焊接设备不复杂，工人对设备的熟练和操作也相对容易些，这些已经可以满足生产制造的需求。2.4 焊接坡口的选择2.4.1 表3 V 、U 、X型坡口的比较坡口形式比较条件加工焊缝填充金属量焊件翻转焊后变形V方便较多不需要较大U复杂少不需要小X方便较少需要较小如上表，在三样形式的坡口中我们选择了加工最方便、填充金属量最少和焊接变形最小的X型坡口，而且如图1的电动铁水包液是比较适合翻转的，所以，X型坡口适合焊接耳轴的需要。2.4.2 X型焊接坡口的分析原坡口型式如下图，内外两侧对称，因内腔空间很小，焊接难度大。现我技术员改为不对称的X 坡口，尽量减少内腔的焊接量，修改后的不同坡口的焊接量比较如下，可以看出焊接量略有减少，且操作上方便了许多。图2 X型坡口改进前后角度和尺寸对比修改前修改后坡口角度（）内6060外6045坡口深度（mm）内84外812焊缝截面积165mm132mm每米焊缝熔敷金属重量0.86kg0.81kg表4 坡口修改前后焊接量比较2.5 焊条的选择焊条的选用须在确保焊接结构安全、可靠使用的前提下，根据被焊材料的化学成分、力学性能、板厚及接头形式、焊接结构特点、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技术经济效益等综合考查后，有针对性地选用焊条、必要时还需进行焊接性试验。2.5.1 选择焊条的原则2.5.1.1 考虑因素为焊件物理、化学性能和化学成分选择原则:1.根据等强度观点,选择满足母材力学性能的焊条,或结合母材力学性能的焊条,或强合母材的可焊性,改用非强度而焊接性好的焊条,但考虑焊缝结构型式,以满足等强度等刚度要求2.便其合金成分符合或接近母材3.母材含碳、硫、磷有害杂质较高时，应选择抗裂性和抗气孔性能较好的焊条.建议选用氧化钛钙型,、钛铁矿型焊条.如果尚不能解决,可选用低氢型焊条2.5.1.2 考虑因素为焊件的工作条件和使用性能时选择原则:1.在承受动载荷和冲击载荷情况下,除保证强度外,对冲击韧性、延伸率匀有较高的要求,应依次选用低氢型、钛钙型和氧化铁型焊条2.接触腐蚀介质的,必须根据介质种类、浓度、工作温度以及区分是一般腐蚀还是晶间腐蚀等,选择合适的不锈钢焊条。3.在磨损条件下工作时,应区分是一般还是受冲击磨损,是常温还是高温下磨损。4.非常温条件下工作时,应选择相应的保证低温或高温力学性能的焊条。2.5.2 据焊条选择原则选焊条2.5.2.1 45钢与Q235焊接使是属于同种钢焊接，同种钢材焊接时焊条选用要点：（1）考虑焊缝金属力学性能和化学成分 对于普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢，有时还要求合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下，应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时，焊缝容易产生裂纹，应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条。（2）考虑焊接构件使用性能和工作条件 对承受动载荷和冲击载荷的焊件，除满足强度要求外，主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性，可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊接件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。（3）考虑焊接结构特点及受力条件 对结构形状复杂、刚性大的厚大焊接件，由于焊接过程中产生很大的内应力、易使焊缝产生裂纹，应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。对受条件限制不能翻转的焊件，应选用适于全位置焊接的焊条。（4）考虑施工条件和经济效益 在满足产品使用性能要求的情况下，应选用工艺性好的酸性焊条。在狭小或通风条件差的场合，应选用酸性焊条或低尘焊条。对焊接工作量大的结构，有条件时应采用高效率焊条，如铁粉焊条、高效率重力焊条等，或选用底层焊条、立向下焊条之类专用焊条，以提高焊接生产率。碳钢焊条的焊缝强度通常小于540Mpa（55kgf/mm2）,在我国的碳钢焊条国家标准GB/T511795中只有E43系列及E50系列的二种型号，即抗拉强度只有420Mpa(43KGF/MM2)和490Mpa(50kgf/mm2)两个强度级别。目前焊接中大量使用的是470Mpa级以下的焊条。焊接低碳钢（碳少于0.25%）时大多使用E43XX（J42X）系列的焊条，这一系列焊条有多种型号，产品牌号更多，可根据具体母材及使用条件、工作状况、焊件结构形状和钢板厚度加以选用。焊接中碳钢（C=0.25%0.60%）和高碳钢（C）0.60%）时，应选用杂质含量较低、且具有一定脱硫能力的碱性氢型焊条。在个别情况下，也可采用钛铁矿型或钛钙基焊条，但要有严格的工艺措施配合。中碳钢焊接，由于钢材含碳量较高，焊接裂纹倾向增大，可选用低氢型焊条或焊缝金属具有较高塑、韧性的焊条，而且大多数情况需要预热和缓冷处理。高碳钢焊接则必须采取严格的预热、后热措施，以防止产生焊接裂纹。所以采用碱性的E5016焊条，45钢和Q235焊接液属于低碳钢和中碳素钢的焊接，焊接前必须预热到150200左右，焊后必须回火处理。E5016是低氢钾型在承受动载荷和冲击载荷情况下,可保证强度外,对冲击韧性、延伸率匀有很好的效果。2.5.2.2 25CrMnSi与Q235的焊接属于异种钢焊接，异种钢焊接时焊条选用要点：1）强度级别不同的碳钢+低合金钢（或低合金钢+低合金高强钢） 一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低或度，选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此，可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但是，为了防止焊接裂纹。应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。2）低合钢+奥氏体不锈钢 应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条，一般选用铬、镍含量较高的、塑性、抗裂性较好的Cr25Ni13型奥氏体钢焊条，以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。3）不锈钢复合钢板 应考虑对基层、覆层、过渡层的焊接要求选用三种不同性能的焊条。对基层（碳钢或低合金钢）的焊接，选用相应强度等级的结构钢焊条；覆层直接与腐蚀介质接触，应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条。关键是过渡层（即覆层与基层交界面）的焊接，必须考虑基体材料的稀释作用，应选用铬、镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。 它们焊接同时属于低合金钢与碳钢的焊接，为了满足低合金钢产品焊接的要求，提高焊条的抗裂性、焊缝金属韧性和焊接工艺性能，还有许多各具特色的低合金钢专用焊条可供选用，如超低氢焊条（JXXXH）、高韧性焊条（JXXXGR）、高韧性超低氢焊条（JXXXRH）以及耐吸潮焊条（JXXXLMA）等。 焊接热轧及正火钢时，选择焊接材料的主要依据是保证焊缝金属的强度、塑性和冲击韧性等力学性能与母材相匹配。不必考虑焊缝金属的化学成分与母材的一致性。焊接厚大构件时，为了防止出现焊接冷裂纹，可采用“低强匹配”原则，即选用焊缝金属强度低于母材强度的焊接。焊接强度过高，将导致焊缝金属塑、韧性及抗裂性能的降低。 低碳调质钢产生冷裂纹的倾向较大，因此严格控制焊接材料中的氢是十分重要的，用于低碳调质钢的焊条应是低氢型或超低氢型焊条。中碳调质钢焊接为确保焊缝金属的塑、韧性和强度，提高焊缝的抗裂性，应采用低碳合金系统，尽量降低焊缝金属的硫、磷杂质含量。对于需焊后热处理的构件，还应考虑焊缝金属合金成分应与母材相近。 选用J427焊条，25GrMnSi与Q235属异种钢焊接，25GrMnSi属合金钢，淬硬倾向大，为提高焊缝抗裂性能，故宜选用塑性高、抗裂性好的碱性焊条。2.6 材料的可焊接性试验2.6.1试验方法：斜Y 坡口对接裂纹试验。2.6.2试验目的：评定热影响区冷裂倾向。2.6.3 试样规格如图3:=16，左板150mm50mm,Q235和45钢/25CrMnSi各一块。 斜Y 坡口对接裂纹试验试板264 试样加工：机加工坡口.265 焊接试验焊缝：各用4焊条，焊接电流160180A，电弧电压2224V，焊接速度为每焊一道150mm。266 评定方法：试样焊后放置24 小时再检测根部裂纹率=根部裂纹长度/试验焊缝总长度=10/80=12.5%，表面裂纹率=表面裂纹长度/试验焊缝总长度=0。2.67 评定结果：根据金属熔焊原理及工艺认为：裂纹总长度小于焊缝长度的20%，在实际生产中不容易产生裂纹。2.7 耳轴的失效形式及磨损2.7.1 耳轴失效形式冶金工业中，铁水包是重要的盛放和倒运设备，作为大型冶金设备，它历来为广大专业技术管理人员关心与重视。铁水包耳轴在吊具管理制度中占有重要地位，其管理与维护水平直接关系到企业生产的正常运行，关系到企业的经济效益和安全生产。铁水包耳轴的失效形式主要包括3类:耳轴磨损超过国家标准;耳轴表而出现其它不可修复的严重缺陷;耳轴内部组织缺陷超过国家标准。根据对耳轴失效原因的数理统计，耳轴磨损超标占报废总量的69% ,其余2类分别占报废总量的22%和9%。可见，耳轴磨损是造成设备失效的主要因素。耳轴磨损按宏观形态分为两极异化趋势磨损和等趋势磨损2类。2.7.2 两极异化趋势磨损两极异化趋势磨损是指多对相互接触的物体同时工作时磨损量不同的现象。对于铁水包耳轴，两极异化趋势磨损是由于两耳轴单位接触面积上承受的压力不同造成的。其影响因素主要包括:耳轴的制造与安装精度，诸如两耳轴的安装同轴度、表面粗糙度;耳轴.吊具相对装配尺寸的同轴度及表面粗糙度;天车龙门钩板钩心的安装同轴度。两极异化趋势磨损可以通过提高设备安装精度得到有效解决。2.7.3 等趋势磨损 等趋势磨损是指多对相互接触的物体的表面材料由于机械作用，产生残余变形量或发生损耗相同的现象。铁水包耳轴在受力均匀，磨擦条件相同的情况下属等趋势磨损，即耳轴的线磨损量相等。根据国家标准，当耳轴线磨损超过名义直径的10%应停止使用。因此，耳轴磨损的控制技术成为提高耳轴使用寿命的关键。按磨损机理分类，耳轴磨损分为粘着磨损和磨料磨损，两者互为因果、互相渗透。粘着磨损为磨料磨损提供磨料，而磨料磨损产生的拉伤、犁削为粘着磨损提供条件。因此，在研究耳轴磨损过程中两者是不可分割的。2.7.3 粘着磨损粘着磨损是相对运动物体真实面积上发生的固相粘着，使材料从一个表面转移到另一个表面的磨损现象。在低速重载的耳轴摩擦副产生相对运动时，接触点的粘着剪切破坏为其主要形式。当粘结点强度大于任一种基体金属强度，剪切将发生在软金属表面下某一深度，使表面磨损程度增加。按金属转移程度的不同，耳轴粘着磨损可分为涂抹、划伤、撕裂。这3类磨损同时存在、同时作用并相互影响，在转动切线方向产生的宽而深的犁痕或拉伤为其主要磨损方式，磨损量约占磨损总量的20%。 耳轴局部刨示意图2.7.4 磨料磨损结合耳轴的实际磨损情况，粘着磨损并不能准确反映其磨损程度。通过分析，我们不难看出:粘着磨损产生的颗粒脱离接触区后，由于载荷减小，残留在颗粒内弹性变形能促使其从表面上脱落，形成松散颗粒。当松散颗粒滞留或进入磨擦接触区表面就形成了磨粒磨损。因此，耳轴在粘着磨损的同时存在严重的磨料磨损，其磨损量约占磨损总量的50% 。耳轴摩擦副属典型的两体磨损，即磨粒与上工作表面相互接触、相互作用的磨损方式。对于塑性较好的金属材料，粘着磨损产生的颗粒由于发生加上硬化，其表面硬度较原基体表面硬度显著提高。在力的作用下，硬磨粒压入软表面产生压痕并挤压基体表面材料使之剥落。当磨粒小于某一临界值时，磨粒粒度与压入深度成正比，粒度大则剥落现象加剧、磨损速度加快。下面就耳轴磨粒磨损进行分析: 单位接触面积上的压力，H; 耳轴表面硬度，Hh 配套摩擦副表面硬度，Hg; 磨粒硬度，Hv。 考虑到在耳轴摩擦副中必须保证Hh Hg，因此初期磨粒主要是软基材料粘着磨损后产生的硬化颗粒(Hv)，根据理查森磨损曲线图得出如下关系: Hh/Hv 1.25,磨粒磨损作用小; 0. 80 Hh/Hv 1. 25，耐磨性较好; Hh/Hv 1.25的条件，仅仅靠采用降低Hv值是不科学、不经济的。因为Hv的降低必然导致所选用的软基材料表面硬度的人幅度降低，当单位接触面积上的压力H 1/3 Hg时，软基材料接触表面呈塑性，接触面积迅速增大，磨损急剧上升，最终导致软基材料损耗太大，不符合经济维修性原则。综上所述，在耳轴磨损设计中应遵循如下结论:耳轴基体材料既要满足一定的韧性要求，同时基体表面又要通过合理的硬化工艺提高表面硬度，达到外硬内韧的性能要求。耳轴表面质量等级应高于其配套摩擦副表面质量等级。选用磨粒硬度小于耳轴表面硬度的配套摩擦副材料。2.8 耳轴同轴度的确定和分析铁水包托圈耳轴同轴度的控制是铁水包托圈设计、制造及使用过程中需考虑的一个重要技术指标，其取值不但与设备的制造使用有关，也与托圈系统支撑机构的原理有关，其合理的取值与评估在业内有各种不同的观点。事实上，该值的取值直接影响托圈的制造和铁水包轴承支撑安全使用，故耳轴同轴度的测定与控制是托圈设计、制造及使用过程中要控制的一项关键的技术。 本文将根据铁水包托圈支撑机构的工作原理，从以下几个方面讨论铁水包托圈耳轴的同轴度控制问题。(1)铁水包系统支撑机构与托圈耳轴同轴度要求; （2）铁水包托圈耳轴同轴度的测定方法; （3）铁水包托圈耳轴同轴度的测定结果的分析；（4）托圈耳轴同轴度的合理取值。2.8.1 铁水包系统支撑机构与托圈耳轴同轴度要求铁水包托圈用于承受铁水包包体的重量，并通过托圈两端的轴承耳轴将包体的重量载荷传入底面基础，此外铁水包托圈在工作过程中需将铁水包炉体作360度的回转。铁水包支撑机构在结构设计上考虑到托圈随温度变化的热膨胀、托圈的受载变形及制造安装误差，一端轴承座设计成固定的而另一端设计成浮动，两端轴承采用调心滚了轴承以消除托圈耳轴不同轴所对轴承产生的过约束状态。理论上，每个调心滚子轴承的支撑可看作一支撑点，即轴承外圈环球面的球心，支撑点连线可构成一条直线。当铁水包托圈回转时，该直线即为托圈的实际回转轴线。而托圈上耳轴的轴线受制造、安装、载荷、温度等影响，不可能与回转轴线完全同轴，此时就有一微小的偏角误差，该角度偏差会对铁水包运行产生以下影响: （1)两耳轴上的调心轴承回转时内圈有微小的角度偏摆; （2)包体不一定在垂直平面内回转及偏摆; （3)托圈两耳轴端面会有一定的偏摆回转和回转摆动;铁水包托圈耳轴同轴度的控制要求实际上为控制托圈耳轴工作时回转偏摆量.对老式的落地式倾动机构铁水包而言，由于主联轴器(在倾动机构和耳轴之间)的补偿量有限，耳轴的偏摆过大会产生过约束而产生附加载荷，这将影响铁水包轴承及联轴器等的寿命，故托圈耳轴同轴度要求及托圈的刚度要求非常高。而对全悬挂式倾动机构铁水包而言，由于倾动机构与地面采用柔性联接(扭力杆或拉杆等)机构，偏摆补偿量很大，所以，倾动机构的偏摆产生的附加载荷可忽略，故该值可作放宽。2.8.2 托圈耳轴同轴度的测定方法本文推荐的方法为耳轴内轴孔四点检测法:该方法的主要步骤与原理是:托圈两端各有一个耳轴，在其每个耳轴的两端加工两个与耳轴轴承轴颈精密同轴的两个孔，在该孔中安装经精密加工的中心带十字线的检测孔板(或透光孔板)，十字线交点即为该耳轴端检测孔的圆心，每耳轴两端十字线交点的连线为轴承轴颈圆柱的中心线(精密机械加工误差忽略)，一个托圈上共安装有四个十字检测孔板(见图5)。通过观测仪器可测得四个十字中心的相对坐标值(见图6),并利用轴支撑位置坐标、检测孔板的安装坐标便可分析出整个托圈耳轴的理论中心线及各耳轴的偏角。十字中心的相对坐标值观测方法优先采精密光学测量仪器，也可采用拉钢丝检测方法，但拉钢丝检测方法需考虑悬链线的扰度及其它影响。图5 托圈同轴度检测图6 四个检测孔板十字中心点坐标（偏距）以下根据图示说明:图中(do1,do2为轴承支撑中心点(调心滚子轴承的中心)到托圈中心的距离，dl, d2 d3, d4为四检测孔板十字点到托圈中心的距离，(x1.y1), (x2,Y2)(x3,Y3)(x4, y4)分别为对应的四检测孔板十字中心点对基准轴线的x,y轴的偏距(或坐标值);十字中心点(xl, yl)(x2,y2)构成短耳轴的轴线A1B1上该耳轴的轴承支撑中心点O1在该连线上;十字中心点(x3, y3), ( x4,y4)构成长耳轴的轴线A2B该耳轴的轴承支撑中心点02在该连线上;0102即为托圈的实际回转轴线。理论上，追求轴线A1B1、A2B2及01、02完全重合，三者互相在平移及偏角上的误差为0，这种理想情况就是完全同轴。实际上由于制造、组装、安装、使用过程中的外部重载及环境温度等的影响，耳轴中心偏差是永远存在的(托圈使用一段时间后也可能有一定的变形)，并且是随时间而变化的，故轴线A 1B1, A2B2及O 1、02并不重合。而直接检测到的(xl,yl),(x2,y2,(x3，y3)，（x4,y4)并不能直接决定托圈两耳轴的偏斜状态，需经过一定的分析转化。2.8.3 托圈耳轴同轴度的建议取值图8 托圈变形后的受载示例对于托圈耳轴同轴度的取值，冶标规定为1mm，该规定对采用倾动全悬挂并采用扭力杆装置等柔性反力机构的铁水包设备实际上是不必的，该值没有考虑托圈大小及加工方法，将极大地增加托圈的制造难度。有限元分析表明，在常温下托圈受载后最大变形量在47mm，13mm加入了辅助支撑的变形，托圈的变形应将该区域的变形排除后取相对变形)，此值就远超冶标规定值，说明同轴度控制值lmm实际意义不大。奥钢联(vAI)对铁水包托圈制造同轴度的规定是通过对耳轴中心线对回转轴线的偏角来控制的，通常其规定的最大偏角(水平偏角与垂直偏角的合成)不大于10，由于铁水包托圈传动侧耳轴较长，该值反映在倾动装置的轴端头上的偏摆量有68mm即铁水包转动时，倾动装置允许以半径68mm作回转运动，同时有偏摆35mm，偏摆量取决偏角及倾动装置外形尺寸。当然这是极端的情况，实际制造时同轴度能控制在2mm以内，偏摆比该值要小的多。宝钢在引进及制造铁水包过程，消化吸收了日本在的托圈制造测量技术，其基本原理也是耳轴的偏角控制，但取值精度较高(4)。根据自身长期在铁水包设计、使用及制造经验，并对铁水包轴承支撑装置及倾动装置扭力杆装置的原理分析认为，只要采用双调心滚了轴承支撑装置(一端固定一端浮动)、倾动装置采用全悬挂扭力杆反力装置，则一定值的耳轴端部偏摆完全可被铁水包扭力杆装置的拉杆、曲柄及扭力杆(两端装关节轴承)的偏转所吸收而不产生附加的有害影响(见图9), vAI对托圈同轴度的设计取值是可取的。图9 扭力杆装置的补偿作用 考虑到制造精度及测量精度带来的影响，其控制值应通过两个值来控制: （1)两侧耳轴轴线与铁水包回转轴线的最大偏角(水平偏角与垂直偏角的合成) 5); （2)两侧耳轴轴线与铁水包回转轴线的最大偏离值4mm; 该值的取值高于VAI标准，也符合中国国内的实际加工能力。3 质量控制焊接质量通常由产品的设计质量、加工质量、质量检验和焊后处理等环节来保证。3.1 设计质量焊接产品所选用的接头类型及其计算强度应满足实际的承载能力。焊接方法应适合构件的特点，经济性好。焊接工艺过程应能尽量减少应力、变形和应力集中程度。生产劳动量和材料消耗应尽可能小，接头设计时还要考虑探伤的方便。3.2 加工质量所采用的母材、焊丝、焊剂或焊条等焊接材料的性能应符合设计要求。焊机、辅助机具和检测仪器的性能应良好。焊前，焊接材料应按规定烘干，工件的焊接坡口要符合要求并清除切割残渣、龟裂和污物。3.3 质量检验 质量检验贯穿在产品从设计到成品的整个过程中，必须确保质量检验过程中所用检验方法的合理性、检验仪器的可靠性和检验人员的技术水平。焊后的产品要运用各种检验方法检查接头的致密性、物理性能、力学性能、金相组织、化学成分、抗腐蚀性能、外表尺寸和焊接缺陷。焊接缺陷可分为外部缺陷和内部缺陷。外部缺陷包括:余高尺寸不合要求、焊瘤、咬边、弧坑、电弧烧伤、表面气孔、表面裂纹、焊接变形和翘曲等。内部缺陷包括：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等。焊接缺陷中危害性最大的是裂纹，其次是未焊透、未熔合和夹渣、气孔和组织缺陷等。个别的缺陷是允许存在的。允许存在的缺陷数量、性质依产品的使用条件和质量评定标准确定。如焊缝余高过高，对受静载的产品是允许的，但对受频率较高的循环疲劳载荷的产品则是不允许的，就连正常的余高也要削除。焊接缺陷的出现与坡口加工和装配精度、执行焊接工艺的严格程度以及焊工的技术等因素有关。 焊接缺陷的检验方法分破坏性检验和非破坏性检验（也称无损检验）两大类。非破坏性检验方法有外观检查、致密性检验、受压容器整体强度试验、渗透性检验、射线检验、磁力探伤、超声波探伤、全息探伤、中子探伤、液晶探伤、声发射探伤和物理性能测定等。破坏性检验方法有机械性能试验、化学分析和金相试验等。正确选用检验方法，并与生产工序有机地结合起来进行检验，不但能彻底查清缺陷的性质、大小和位置，而且可以找出缺陷的产生原因，从而避免缺陷的再度出现。焊后处理: 焊后处理包括焊接后工件变形的矫正、余高的打磨处理、接头清洗、构件焊后局部或整体热处理等。 对于耳轴焊接不仅要对焊缝的质量进行控制，同时还要对两端的耳轴的同轴度进行控制。4 焊接图10 手弧焊手弧焊设备。手弧焊使用的设备简单、方法简便灵活、适应性强，但对焊工操作要求高。4.1 耳轴点焊定位 耳轴粗加工后，按JB/T5000.141998铸钢件无损探伤的有关规定进行超声波探伤，检验结果二级合格，合格后转入组装。 耳轴转入组装，对进行点焊固定焊接位置，为后续焊接做好准备。为了满足耳轴焊接的同轴度问题，我公司采用假轴来定同轴度的方法，那么耳轴通过包体两侧加工好的两个圆孔径，使得假轴成为包体横刨面的一个中心线，以此保证其在包体的中心。耳轴与包体两侧加工的孔径尺寸相吻合，误差小于2mm，错边量2mm。 用焊条对耳轴与孔径接触的内外纵缝全部点焊定位，先上后下再左右的顺序进行电焊定位，目的在于预防变形错位，对于在包体内的部分要采用角钢、槽钢等进行 “米”字形加固，防止焊接开始时产生的应力引起变形，使得焊接时施焊处承受过多的重量，导致焊接熔融处塌陷。图11 中间假轴安装的示意图4.2 焊接前预热正式焊接工作开始前，对厚钢板的焊缝区进行预热。焊接时由于局部的激热速冷，在焊接区就可能产生裂纹，预热就是减缓焊接区激热丶速冷的过程。约束力大的焊接接头，预热后可以减少收缩应力，预热还可以排除焊接区得水分和湿气，排除了水分也就是排除了产生氢气的根源。 焊接时应根据工作地点的环境温度、钢材材质和厚度，选择相应的预热温度，对焊接件进行预热。凡需要预热的构件，焊前应在焊道两侧各100mm范围内均匀进行预热，预热温度的测量应在距焊道50mm处进行。表5 不同厚度钢材需要预热的条件低碳钢构件Q345, 16Mnq,45, 25CrMnSi,15Mnv构件钢材厚度（mm）气温低于（）钢材厚度（mm）气温低于（）30-3010-2631 50-1010161001624-551 7002540040以上任何温度当工作地点的环境温度为0以下时，焊接件的预热温度应通过实验确定。表6 不同材质钢材需要预热的温度碳素钢含碳量（%）预热温度（）低合金钢预热温度（）0.20不预热0.200.301000.300.451002001001500.450.80200400在气温低于0的环境中进行焊接时，低碳钢也要进行预热，表5是厚钢板预热的条件，表6是需要预热的温度。因我工厂的工作环境常年不低于0，所以不需要通过实验确定，可根据上表，据以上焊接预热的要求，那么45钢在焊接前要采用红外线加热垫，内外紧贴焊缝，加热宽度300mm，外加石棉板，保温温度控制到250。同样，那么25CrMnSi在焊接前是否加热，根据含碳量如表6可知，25CrMnSi的含碳量为0. 22%0.28%，上表显示不需要加热。如表6一般不需要预热和热处理，但是厚度太大则需要。那么在焊接前要采用红外线加热垫，内外紧贴焊缝，加热宽度300mm，外加石棉板，保温温度控制到150。见图12 图12 焊前预热曲线图4.3 焊接工艺4.3.1 焊接参数的选择手工电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。1焊条直径 焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置和焊接层次等因素。在一般情况下，可根据表7按焊件厚度选择焊条直径，并倾向于选择较大直径的焊条。另外，在平焊时，直径可大一些；立焊时，所用焊条直径不超过5mm；横焊和仰焊时，所用直径不超过4mm；开坡口多层焊接时，为了防止产生未焊透的缺陷，第一层焊缝宜采用直径为3.2mm的焊条。表7 焊条直径与焊件厚度的关系焊接厚度23451212焊条直径23.245152 接电流 焊接电流的过大或过小都会影响焊接质量，所以其选择应根据焊条的类型、直径、焊件的厚度、接头形式、焊缝空间位置等因素来考虑，其中焊条直径和焊缝空间位置最为关键。在一般钢结构的焊接中，焊接电流大小与焊条直径关系可用以下经验公式进行试选： I=10d式中I焊接电流(A)；d焊条直径(mm)。另外，立焊时，电流应比平焊时小1520；横焊和仰焊时，电流应比平焊电流小1015。3电弧电压 根据电源特性，由焊接电流决定相应的电弧电压。此外，电弧电压还与电弧长有关。电弧长则电弧电压高，电弧短则电弧电压低。一般要求电弧长小于或等于焊条直径，即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时，为了预热部位或降低熔池温度，有时也将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。4焊接层数 焊接层数应视焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多层焊。焊接层数过少，每层焊缝的厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响。施工中每层焊缝的厚度不应大于45mm。5电源种类及极性 直流电源由于电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构上。其他情况下，应首先考虑交流电焊机。根据焊条的形式和焊接特点的不同，利用电弧中的阳极温度比阴极高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的构件。用碱性焊条或焊接薄板时，采用直流反接(工件接负极)；而用酸性焊条时，通常采用正接(工件接正极)。4.3.2 焊接工艺参数对焊缝形状的影响。 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（例如，焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称为焊接工艺参数。工艺参数对焊缝形状的影响如下：（1）焊接电流 当其它条件不变时，增加焊接电流，焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎保持不变（或略有增加），见图13。图 13 a)焊接电流对焊缝形状的影响 b）电弧电压对焊缝形状的影响 c)焊接速度对焊缝形状的影响 I焊接电流 U电弧电压 V焊接速度 S焊接厚度 C焊接宽度 h余高（2）电弧电压当其它条件不变时