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  液壓油缸焊接中焊夾的改進
            液壓油缸焊接中焊夾的改進
          白范雄，李再華，申利風(fēng)，張清輝
       (湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院，湖南湘潭411105)
   摘要：根據(jù)企業(yè)的液壓油缸焊接中普遍出現(xiàn)的問題，我們經(jīng)過研究改進，將原來的臥式焊夾改為立式焊夾，再通過上水冷焊接，使焊接不僅達到圖紙要求的垂直度和對稱度，而且焊接效率也提高了5倍以上。液壓試驗完全達到要求。
   關(guān)鍵詞：焊夾；液壓油缸；焊接；水冷
      
 
   1. 問題的提出
  某系列液壓油缸是由三個圓筒件組成的長筒形焊接件(如圖1)。材料都是Q235一B。焊后要求為：三個零件的垂直度為0.05mm，對稱度為0.05mm；焊后用螺紋接頭堵死項C的另一端，注入20號液壓油，在1MPa壓力下，各焊接部位不許有滲漏。
        
  但在焊接中常會出現(xiàn)三個零件的垂直度超過2.OOmm，對稱度超過2.OOmm 的問題。產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重不合格，經(jīng)常出現(xiàn)報廢現(xiàn)象。為此我們設(shè)計了立式焊夾，并根據(jù)立式焊夾的特點從設(shè)計和工藝兩方面進行了改進特別是采用了水冷焊接，這樣，產(chǎn)品質(zhì)量得到了穩(wěn)定和提高了生產(chǎn)效率。
   2. 改進前的焊接工藝
   2.1 此焊接為長筒形零件焊接，為施工方便和提高效率，設(shè)計了一種臥式焊夾，如圖2。
        
   2.2 為了裝模方便和保證焊前的尺寸精度，三個圓筒形零件的配合為過盈配合，用銑床壓緊裝配。
   2.3 裝模時靠項4的間隙配合和項2的頂力來固定項A，B，C三個零件。
   2.4 焊接時一人旋轉(zhuǎn)項6，一人進行焊接施工。
   2.5 焊后成批進行去應(yīng)力退火(200℃保溫3h)。
   3. 改進前的焊接工藝分析
   3.1 本焊接工藝中采用了臥式焊夾，由于三個零件焊后的總長接近500mm ，在零件B完全靠摩擦力支撐的情況下，三個零件的軸心很難保證在一個平面上，垂直度很難達到要求。特別是在焊接過程中，由于零件在紅熱狀態(tài)下塑性好，強度差，焊接后的變形使零件在重力的作用下很難達到圖紙要求的0.05mm 的垂直度。
   3.2 焊前三個零件的裝配是采用的過盈配合，這樣在銑床上進行裝配過程中就會產(chǎn)生外來應(yīng)力，它會在焊接過程中和焊后釋放，引起焊接變形。
   3.3 焊接過程采用一人焊接一人配合旋轉(zhuǎn)的辦法，即不是采用對稱焊接，也會引起焊后變形。
  綜上所述，此焊接工藝是不合理的。究其原因則是因為臥式焊夾而產(chǎn)生的問題，使焊接出來的部件垂直度和對稱度都在2.00mm 以上。
   4. 改進后的焊接工藝分析
  4.1 設(shè)計方面
 a．去掉項3上的坡口，把項2的坡口改為6O。，既方便施焊又減少焊接應(yīng)力；
  如果把項3上的坡口去掉而加大項2上的坡口角度，根據(jù)焊夾設(shè)計方案就可以把焊條水平放置進行焊接改為焊條向下傾斜進行焊接，這樣可給施工帶來方便；焊接項2和項3時，相比而言，項3是薄弱零件，因為項3長度很長，可以看為薄壁零件，所以應(yīng)減少在項3上的熱輸入量來減少焊接應(yīng)力。
 b．把項2與項1和項3的配合改為間隙配合，以此來減少外來應(yīng)力和焊后的殘余應(yīng)力。并給在焊接時裝模帶來了方便。
   如果項1，2，3的配合為過盈配合，在進行裝配時必然給上述零件帶來外應(yīng)力，并殘留在裝配件中，這些外加應(yīng)力在焊接過程中會因為金屬熔化降低了強度而進行釋放，給焊縫帶來了殘余應(yīng)力。
  4.2 工藝方面
 a．更換焊條，將J427改為J422。便于焊后去渣，減少外來應(yīng)力；原圖紙要求使用的是J427焊條。因J422的脫渣性比J427好，在焊條烘干的情況下，焊縫質(zhì)量是完全可以達到設(shè)計要求的，這樣可以減少去渣時敲擊帶來的應(yīng)力。如果項B零件的尺寸足夠長，CO 氣體保護焊槍能夠作業(yè)，我們會選擇熱輸入量小并且自動化程度較高的CO 氣體保護焊。
 b．重新設(shè)計焊夾見圖3，保證焊接質(zhì)量；
  由于臥式焊夾在焊接過程中會產(chǎn)生外來焊接應(yīng)力，使零件焊后的垂直度和對稱度達不到圖紙要求，所以重新設(shè)計中的一個重要想法就是要盡量減少焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。而立式焊夾所產(chǎn)生的應(yīng)力是上下方向的力，沒有左右方向的力，對垂直度和對稱度都沒有影響，可達到設(shè)計要求。
   
   從圖3可以看出，立式焊夾裝脫模容易，并且裝模精度高。還可克服原來的臥式焊夾因在焊接過程中要旋轉(zhuǎn)而帶來的機械設(shè)計難度大的問題。此焊夾設(shè)計簡單，制作方便，成本較低。
  c．用水冷焊接來提高工效，穩(wěn)定焊后尺寸；Q235一B鋼屬于低碳鋼，淬硬性較差，用水冷進行焊接，使焊縫在水冷的快速冷卻下來不及變形，穩(wěn)定焊后尺寸來提高焊接生產(chǎn)效率，而這樣產(chǎn)生的焊接應(yīng)力可以采用去應(yīng)力退火的方式進行消除。
  d．焊后批量去應(yīng)力退火。
  目的是為了消除焊后殘余應(yīng)力，穩(wěn)定焊后尺寸，保證工件在產(chǎn)品運行當(dāng)中不再發(fā)生尺寸變化。
   5. 具體施焊過程如下(如圖4所示)
  a．為了減少焊接應(yīng)力及提高焊接效率，采用兩位焊工對稱焊接的形式；
       
  b．搭焊項2和項3(按圖4所示1，2，3，4的順序進行點焊，焊縫的長度為5mm)；
  C．從1、2點同時起焊，逆時針焊接至3、4點；
  d．從1、2點同時起焊，順時針焊接至3、4點；
  e．重復(fù)c、d工序到焊縫堆高達圖紙要求；
  f．搭焊項1和項2CY法同工序b)；
  g．電焊項1和項2(方法同工序C，d，e，f)；
  h．焊后移動水冷裝置進行水冷焊縫工序，等冷至100℃后卸下焊夾；
  i．進行零件批量去應(yīng)力退火(200℃保溫3h)
   6. 結(jié)論
  通過把臥式焊夾改為立式焊夾，并且根據(jù)立式焊夾的特點再加上水冷焊接，不僅使焊件的垂直度和對稱度都達到了圖紙要求，而且效率也提高了5倍以上，經(jīng)液壓試驗完全達到要求，本課題攻關(guān)成功。說明了焊接質(zhì)量的好壞不僅取決于焊接工藝，好的焊夾對焊接質(zhì)量的提高也有著重要的作用。
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