16吨电动铁水包耳轴的焊接质量控制（铸造热处理专业）

无 锡 职 业 技 术 学 院

毕业设计（论文）说明书

16吨电动铁水包耳轴的焊接质量控制

材料10831 周磊

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。

1

无 锡 职 业 技 术 学 院

毕业设计（论文）说明书

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，

2

无 锡 职 业 技 术 学 院

毕业设计（论文）说明书

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

表1 25CrMnSi和45钢的化学成分 牌号 C Mn 主要化学成分 Si P S Cr 25CrMnSi 0.22～0.28 45 0. 90～1.20 0. 80～1.10 ≤0.035 ≤0.035 0.80～1.1 ≤0.035 0.42～0.50% 0.50～0.80% 0.17～0.37% ≤0.035

表2 25CrMnSi和45钢的机械性能 牌号 σb（Mpa） σs Mpa） 机械性能 伸长率δ5% Ψ（%） Akv(J) 25CrMnSi 1080 885 10 40 39 45

≥600(61) ≥355(36) ≥16 ≥40 ≥39 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。

3

无 锡 职 业 技 术 学 院

毕业设计（论文）说明书

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100～200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。

4

无 锡 职 业 技 术 学 院

毕业设计（论文）说明书

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 选择坡口的原则

为获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口型式。坡口的选择，主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。选择时，应注意以下问题： (1)尽量减少填充金属量。 (2)坡口形状容易加工。 (3)便于焊工操作和清渣. (4)焊后应力和变形尽可能小

表3 V 、U 、X型坡口的比较 坡口形式 加工 V U X 方便 复杂 方便 比较条件 焊缝填充金属量 较多 少 较少 焊件翻转 不需要 不需要 需要 焊后变形 较大 小 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。

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yqnf.html