專利名稱：一種內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機部件焊接工藝，特別是內(nèi)燃機車發(fā)動機的曲軸平衡塊的焊接工藝。
背景技術(shù)：
發(fā)動機曲軸是發(fā)動機中最主要的部件之一，其成本占發(fā)動機總成本的60%以上，曲軸在使用時，曲軸的連桿軸頸與活塞連桿進行連接，將活塞連桿的上下運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鬏S的轉(zhuǎn)動，曲軸在轉(zhuǎn)動時因為是將活塞連桿的上下運動轉(zhuǎn)化為主軸的旋轉(zhuǎn)運動，因此，在連桿以及曲軸臂的重力作用下，容易導(dǎo)致曲軸的轉(zhuǎn)動速度不平穩(wěn)，容易發(fā)生震蕩，加速曲軸的損壞，產(chǎn)生較大的噪音，而且輸出的動力不穩(wěn)定。所以曲軸平衡塊對于減少發(fā)動機振動、安全穩(wěn)定運行具有重要作用。我國內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊的連接在結(jié)構(gòu)設(shè)計上一直采用螺栓連接方式，沒有采用焊縫連接的結(jié)構(gòu)。在二十世紀八十年代到九十年代期間，我國僅僅有一到二個原鐵路企業(yè)在路段要求為ND5機車提供曲軸配件時，多次嘗試帶六塊平衡塊的ND5曲軸(材質(zhì)35CrMo)的焊接工藝試驗，由于企業(yè)焊接工藝技術(shù)水平原因達不到平衡塊焊接的高質(zhì)量要求，均以失敗告終，無法進行正式生產(chǎn)。國外內(nèi)燃機車發(fā)達國家如美國，其設(shè)計的內(nèi)燃機車曲軸平衡塊與曲軸的連接方式大多采用焊縫連接方式，美國大量使用的EMD公司的ND5機車就采用其國民鍛造公司生產(chǎn)的帶六塊焊接平衡塊的曲軸。從實物解剖看，平衡塊焊縫存在著一定數(shù)量的(如氣孔等)體積缺陷，其焊接質(zhì)量不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，克服傳統(tǒng)工藝中的一些難點，解決了工藝要求、預(yù)熱、焊接裂紋及曲軸變形、焊后熱處理以及探傷誤差等諸多問題，焊接技術(shù)起點高，達到平衡塊焊接的高質(zhì)量要求，可以實現(xiàn)一系列機車柴油機曲軸的國產(chǎn)化，擴大了曲軸生產(chǎn)和運用的空間。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，包括以下步驟
1)設(shè)計焊接坡口
平衡塊工藝坡口采用帶鈍邊雙J+V的坡口形式根部R=15 25、坡口面角度a 1=25。 35。、a2=50。 55。、H=20 25_、鈍邊厚度p=3 4mm ;在平衡塊兩端同尺寸加工出L=IO 15_、寬度B=15 20_的引、熄弧端；
2)預(yù)熱
進加熱爐進行整體預(yù)熱到300 350°C，保溫1. 5 2小時，出爐后立即上胎焊接；
3)正式焊接
平衡塊沿曲軸軸向、圓周方向?qū)ΨQ地組裝，兩人同時對稱地焊接平衡塊；焊接電流>300A，焊接電壓氺34V ;多層多道焊，單道焊縫要求寬度10-13mm，厚度4_6mm，直線焊接不擺動；
每層第一道均先焊接近曲軸本體部位的焊縫，避免電弧直接指向曲軸本體，控制本體化學(xué)成分過多地進入焊縫中，控制熔合比在50%以內(nèi)，同層焊縫后續(xù)焊道依次向平衡塊方向進行，每塊平衡塊先焊接正面的1/3厚度后翻轉(zhuǎn)焊接反面焊縫，最后再翻轉(zhuǎn)焊接正面余下部分，每道焊縫焊接完畢，立即清理焊接部位的渣皮，并釋放焊接應(yīng)力；每道焊縫焊接后，均需檢查焊接質(zhì)量，不合格時，必須進行返修處理，不允許未處理直接焊接下一焊道；
4)清理及封頭焊
每塊平衡塊焊接完畢，保持焊接處溫度200 300°C，立即用碳弧氣刨方法將平衡塊兩端的引、熄部位刨除干凈；立即，用砂輪打磨光潔后，采用手工焊或CO2方法對刨除部位進行橫向封頭焊；
5)退火
焊接完畢，要求4小時內(nèi)進行整體進爐退火處理退火溫度為600±20°C，保溫時間為3 4小時；
6)修形及射線探傷
退火后，對焊縫進行打磨、修形，清除表面易見的缺陷，并進行射線探傷。優(yōu)選地，步驟3)中平衡塊組裝間隙為I 2mm;采用01. 2 mm G4Sil/ER50-6 焊絲的 MAG 焊方法。步驟3)中每層第一道焊縫焊接電流為200A-220A，焊接電壓25-27V ;其余焊縫焊接電流220-250A，焊接電壓27-30V。步驟3)中焊接過程中，保持層間或道間預(yù)熱溫度不低于200°C，若低于該溫度，對焊接處及附近150mm范圍加熱到230-250°C。步驟3)中，層/道間溫度控制為200°C 300°C;每塊平衡塊焊接后對焊縫及兩側(cè)(術(shù)100mm)及時后熱處理溫度350 400°C，保溫時間為30Min ;同時對焊縫采用石棉布包扎保溫緩冷。步驟6)中，對焊縫進行打磨、修形后，檢查表面狀況，控制磨痕深度氺0. 2mm。步驟I)是解決焊接坡口設(shè)計無法保證焊接工藝的技術(shù)
在平衡塊兩端預(yù)設(shè)引、熄弧端，避免引、熄部位的焊接缺陷發(fā)生在平衡塊焊縫內(nèi)，從根部上解決了焊接工藝無法滿足質(zhì)量要求的問題。步驟2)、3)是解決預(yù)熱的技術(shù)
采取整體預(yù)熱的方案，出爐后立即上胎焊接。正式焊接時，層/道間溫度200°C 300°C。每塊平衡塊焊接后對焊縫及兩側(cè)(術(shù)100mm)加熱到350 400°C X 30Min，進行及時后熱處理。同時對焊縫要求用石棉布包扎保溫緩冷。這是從預(yù)熱技術(shù)等熱處理機制上解決了焊接裂紋問題。步驟3)也是具體的焊接操作技術(shù)
采取沿曲軸軸向、圓周方向?qū)ΨQ地組裝，兩人同時對稱地焊接平衡塊；保證組裝間隙為I 2mm，采用01. 2 mm G4Sil/ER50_6焊絲的MAG焊方法；焊接電流氺300A，焊接電壓
>34V ;多層多道焊，直線焊接不擺動；每層第一道均先焊接(焊接電流為200A-220A，焊接電壓25-27V)近曲軸本體部位的焊縫并依次向平衡塊端進行(焊接電流220-250A，焊接電壓27-30V);避免電弧直接指向曲軸本體，嚴格控制曲軸本體成分熔化后進入焊縫的比例，控制熔合比在50%以內(nèi)，以達到減少稀釋率的目的；每塊平衡塊先焊接正面的1/3厚度后翻轉(zhuǎn)焊接反面焊縫，最后再翻轉(zhuǎn)焊接正面余下部分。焊接過程中，保持層間或道間預(yù)熱溫度不低于200°C，若低于該溫度，通過氧乙炔焰等方式對焊接處及附近150mm范圍加熱到200-250°C。每道焊縫焊接完畢，立即清理焊接部位的渣皮等，并釋放焊接應(yīng)力；每道焊縫焊接后，均需檢查焊接質(zhì)量，不合格時，必須進行返修處理，不允許未處理直接焊接下一焊道。稀釋率是指異種金屬熔焊或堆焊時，熔敷金屬被稀釋的程度。用母材或預(yù)先堆焊層在焊道中所占的百分比來表征。對焊接質(zhì)量的影響在所有電弧焊焊縫中，都有一定數(shù)量的熔化母材和填充金屬相混合，只有少數(shù)焊縫金屬成分與母材成分一樣，且因焊縫組織的性質(zhì)有些獨特，所以母材被焊縫過多的稀釋而引起成分變化，就會影響焊縫金屬的性能，從而影響金屬焊接性。以上從焊接操作上解決了焊接裂紋及曲軸變形問題。步驟4)是解決焊縫兩端質(zhì)量控制的技術(shù)。在平衡塊兩端預(yù)設(shè)引、熄弧端，避免引、熄部位的焊接缺陷發(fā)生在平衡塊焊縫內(nèi)，每塊平衡塊焊接完畢，在200 300°C下立即用碳弧氣刨將平衡塊兩端的引、熄弧部位刨除干凈；同時，采用焊條電弧焊對刨除部位進行橫向封頭焊。 這是從焊縫兩端的質(zhì)量控制上解決了焊接裂紋問題。步驟5)是解決焊后熱處理的技術(shù)
焊接完畢，4小時內(nèi)要求進行整體進爐退火處理(600±20°C、保溫3-4小時)。消除焊接應(yīng)力、改善組織，避免了焊接延遲裂紋的方式，是從焊后熱處理技術(shù)的機制上解決了焊接裂紋問題。步驟6)是解決表面缺陷及避免射線探傷時由于存在表面缺陷產(chǎn)生的誤判。退火后，要求用砂輪等方法對焊縫進行打磨、修形，清除表面易見的缺陷，要求表面光潔、圓滑過渡，確保后續(xù)射線探傷的順利進行。這是在焊后對焊縫表面的處理上為射線探傷提供可靠的保證。該工藝還特別要求在用砂輪對焊縫進行打磨、修形后，要求檢查表面狀況，要求磨痕深度氺0. 2_，這是解決后續(xù)加工工序中可能發(fā)生裂紋源的問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明所述的發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，克服傳統(tǒng)工藝中的難點，解決了工藝要求、預(yù)熱、焊接裂紋及曲軸變形、焊后熱處理以及探傷誤差等諸多問題，焊接技術(shù)起點高，達到平衡塊焊接的高質(zhì)量要求，可以實現(xiàn)一系列機車柴油機曲軸的國產(chǎn)化，擴大了曲軸生產(chǎn)的空間。


圖1為本發(fā)明的焊接工藝坡口示意 圖2為圖1中A-A面的剖視 圖3為本發(fā)明的焊縫層道分布示意圖。其中，a工a 2坡口面角度，p為鈍邊厚度，L為引弧端，B為熄弧端，1-20為各層， 14-1至14-5為第14層的I至5道，20-1至20-5為第20層的I至5道。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明的上述發(fā)明內(nèi)容作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實施例1
本實施例包括以下步驟
1)設(shè)計焊接坡口
平衡塊工藝坡口采用帶鈍邊雙J+V的坡口形式根部R=15、坡口面角度 a = 35°、a 2=50°、H=20mm、鈍邊厚度p=3mm ;在平衡塊兩端同尺寸加工出L=IOmnu寬度B=15mm的引、媳弧端；
2)預(yù)熱
進加熱爐進行整體預(yù)熱到330°C，保溫1. 5小時，出爐后立即上胎焊接；
3)正式焊接
平衡塊沿曲軸軸向、圓周方向?qū)ΨQ地組裝，平衡塊組裝間隙為I 2_ ;采用01. 2 _G4Si 1/ER50-6焊絲的MAG焊方法，兩人同時對稱地焊接平衡塊；焊接電流氺300A,焊接電壓
>34V ;多層多道焊，單道焊縫要求寬度10-13mm，厚度4_6mm，直線焊接不擺動；每層第一道均先焊接(電流為200A-220A，焊接電壓25-26V)近曲軸本體部位的焊縫，控制本體化學(xué)成分過多地進入焊縫中，熔合比為45%，同層焊縫后續(xù)焊道依次向平衡塊方向進行，焊接電流240-250A，焊接電壓28-30V ;每塊平衡塊先焊接正面的1/3厚度后翻轉(zhuǎn)焊接反面焊縫，最后再翻轉(zhuǎn)焊接正面余下部分；焊接過程中，保持層間或道間預(yù)熱溫度為200-230°C。若低于該溫度時，需通過氧乙炔焰等方式對焊接處及附近150mm范圍加熱到230-250°C ;每道焊縫焊接完畢，立即清理焊接部位的渣皮等，并釋放焊接應(yīng)力；每道焊縫焊接后，均需檢查焊接質(zhì)量，不合格時，必須進行返修處理，不允許不處理直接焊接下一焊道；
4)清理及封頭焊
每塊平衡塊焊接完畢，在保持300°C的溫度下，立即用碳弧氣刨將平衡塊兩端的引、熄部位刨除干凈；同時，采用0 3. 2mm的E5016焊條，用焊條電弧焊的方法對刨除部位進行橫向封頭焊，要求堆焊兩層；每塊平衡塊焊接后對焊縫及兩側(cè)(術(shù)100mm)及時后熱處理溫度380-400°C，保溫時間為30Min ;同時對焊縫采用石棉布包扎保溫緩冷。5)退火
焊接完畢，在2小時內(nèi)進行整體進爐退火處理退火溫度為600±20°C，保溫時間為3小時；
6)修形及射線探傷
退火后，對焊縫進行打磨、修形，檢查表面狀況，清除表面易見的缺陷，控制磨痕深度
>0. 2mm,并進行射線探傷。實施例2
本實施例包括以下步驟 1)設(shè)計焊接坡口
平衡塊工藝坡口采用帶鈍邊雙J+V的坡口形式根部R=25、坡口面角度 a 1= 25°、a 2=55 °、H=25mm、鈍邊厚度p=4mm ;在平衡塊兩端同尺寸加工出L=15mm、寬度B=20mm的弓1、媳弧端；
2)預(yù)熱
進加熱爐進行整體預(yù)熱到350°C，保溫1. 5小時，出爐后立即上胎焊接；
3)正式焊接
平衡塊沿曲軸軸向、圓周方向?qū)ΨQ地組裝，平衡塊組裝間隙為I 2_ ;采用01. 2 _G4Si 1/ER50-6焊絲的MAG焊方法，兩人同時對稱地焊接平衡塊；焊接電流氺300A,焊接電壓
>34V ;多層多道焊，單道焊縫要求寬度12-13mm，厚度4_5mm，直線焊接不擺動；每層第一道均先焊接(電流為210A-220A，焊接電壓26-27V)近曲軸本體部位的焊縫，控制本體化學(xué)成分過多地進入焊縫中，熔合比為40%，同層焊縫后續(xù)焊道依次向平衡塊方向進行，焊接電流220-240A，焊接電壓27-29V ;每塊平衡塊先焊接正面的1/3厚度后翻轉(zhuǎn)焊接反面焊縫，最后再翻轉(zhuǎn)焊接正面余下部分；焊接過程中，保持層間或道間預(yù)熱溫度為220-240°C。若低于該溫度時，需通過氧乙炔焰等方式對焊接處及附近150mm范圍加熱到230-250°C ;每道焊縫焊接完畢，立即清理焊接部位的渣皮等，并釋放焊接應(yīng)力；每道焊縫焊接后，均需檢查焊接質(zhì)量，不合格時，必須進行返修處理，不允許不處理直接焊接下一焊道；
4)清理及封頭焊
每塊平衡塊焊接完畢，在保持焊接處260°C的溫度下，立即用碳弧氣刨將平衡塊兩端的弓丨、熄部位刨除干凈；同時，采用0 3. 2mm的E5016焊條，用焊條電弧焊的方法對刨除部位進行橫向封頭焊，要求堆焊兩層；每塊平衡塊焊接后對焊縫及兩側(cè)(術(shù)100mm)及時后熱處理溫度360-380°C，保溫時間為30Min ;同時對焊縫采用石棉布包扎保溫緩冷。5)退火
焊接完畢，在4小時內(nèi)進行整體進爐退火處理退火溫度為600±20°C，保溫時間為4小時；
6)修形及射線探傷
退火后，對焊縫進行打磨、修形，檢查表面狀況，清除表面易見的缺陷，控制磨痕深度
>0. 2mm,并進行射線探傷。實施例3
本實施例包括以下步驟
1)設(shè)計焊接坡口
平衡塊工藝坡口采用帶鈍邊雙J+V的坡口形式根部R=23、坡口面角度 a 1= 30°、a 2=52°、H=23mm、鈍邊厚度p=4mm ;在平衡塊兩端同尺寸加工出L=15mm、寬度B=18mm的引、媳弧端；
2)預(yù)熱
進加熱爐進行整體預(yù)熱到300°C，保溫2小時，出爐后立即上胎焊接；
3)正式焊接
平衡塊沿曲軸軸向、圓周方向?qū)ΨQ地組裝，平衡塊組裝間隙為I 2_ ;采用01. 2 _G4Si 1/ER50-6焊絲的MAG焊方法，兩人同時對稱地焊接平衡塊；焊接電流氺300A,焊接電壓>34V ;多層多道焊，單道焊縫要求寬度10-12mm，厚度4_5mm，直線焊接不擺動；每層第一道均先焊接(電流為205A-215A，焊接電壓25. 5-26V)近曲軸本體部位的焊縫，控制本體化學(xué)成分過多地進入焊縫中，熔合比為38%，同層焊縫后續(xù)焊道依次向平衡塊方向進行，焊接電流220-240A，焊接電壓27-29V ;每塊平衡塊先焊接正面的1/3厚度后翻轉(zhuǎn)焊接反面焊縫，最后再翻轉(zhuǎn)焊接正面余下部分；焊接過程中，必須保持層間或道間預(yù)熱溫度為220-240°C。若低于該溫度時，需通過氧乙炔焰等方式對焊接處及附近150mm范圍加熱到230-250°C ;每道焊縫焊接完畢，立即清理焊接部位的渣皮等，并釋放焊接應(yīng)力；每道焊縫焊接后，均需檢查焊接質(zhì)量，不合格時，必須進行返修處理，不允許不處理直接焊接下一焊道；
4)清理及封頭焊
每塊平衡塊焊接完畢，在保持焊接處200°C的溫度下，立即用碳弧氣刨將平衡塊兩端的弓丨、熄部位刨除干凈；同時，采用0 3. 2mm的E5016焊條，用焊條電弧焊的方法對刨除部位進行橫向封頭焊，要求堆焊兩層；每塊平衡塊焊接后對焊縫及兩側(cè)(術(shù)100mm)及時后熱處理溫度350-370°C，保溫時間為30Min ;同時對焊縫采用石棉布包扎保溫緩冷。
5)退火
焊接完畢，在2小時內(nèi)進行整體進爐退火處理退火溫度為600±20°C，保溫時間為3小時；
6)修形及射線探傷
退火后，對焊縫進行打磨、修形，檢查表面狀況，清除表面易見的缺陷，控制磨痕深度
>0. 2mm,并進行射線探傷。質(zhì)檢顯示，本發(fā)明所述工藝解決了工藝要求、預(yù)熱、焊接裂紋及曲軸變形、焊后熱處理以及探傷誤差等諸多問題，焊接技術(shù)起點高，達到平衡塊焊接的高質(zhì)量要求。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，其特征在于包括以下步驟 1)設(shè)計焊接坡口 平衡塊工藝坡口采用帶鈍邊雙J+V的坡口形式:根部R=15 25、坡口面角度a 1=25 ° 35 °、a2=50 。 55 °、H=20 25_、鈍邊厚度p=3 4mm ;在平衡塊兩端同尺寸加工出L=IO 15mm、寬度B=15 20mm的引、熄弧端； 2)預(yù)熱 進加熱爐進行整體預(yù)熱到300 350°C，保溫1. 5 2小時，出爐后立即上胎焊接； 3)正式焊接 平衡塊沿曲軸軸向、圓周方向?qū)ΨQ地組裝，兩人同時對稱地焊接平衡塊；焊接電流> 300A，焊接電壓氺34V ;多層多道焊，單道焊縫要求寬度10-13mm，厚度4_6mm，直線焊接不擺動； 每層第一道均先焊接近曲軸本體部位的焊縫，避免電弧直接指向曲軸本體，控制本體化學(xué)成分過多地進入焊縫中，控制熔合比在50%以內(nèi)，同層焊縫后續(xù)焊道依次向平衡塊方向進行，每塊平衡塊先焊接正面的1/3厚度后翻轉(zhuǎn)焊接反面焊縫，最后再翻轉(zhuǎn)焊接正面余下部分，每道焊縫焊接完畢，立即清理焊接部位的渣皮，并釋放焊接應(yīng)力；每道焊縫焊接后，均需檢查焊接質(zhì)量，不合格時，必須進行返修處理，不允許未處理直接焊接下一焊道； 4)清理及封頭焊 每塊平衡塊焊接完畢，保持焊接處溫度200 300°C，立即用碳弧氣刨方法將平衡塊兩端的引、熄部位刨除干凈；立即，用砂輪打磨光潔后，采用手工焊或CO2方法對刨除部位進行橫向封頭焊； 5)退火 焊接完畢，要求4小時內(nèi)進行整體進爐退火處理退火溫度為600±20°C，保溫時間為3 4小時； 6)修形及射線探傷 退火后，對焊縫進行打磨、修形，清除表面易見的缺陷，并進行射線探傷。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，其特征在于步驟3)中平衡塊組裝間隙為I 2mm ;采用O1. 2 mm G4Sil/ER50_6焊絲的MAG焊方法。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，其特征在于步驟3)中每層第一道焊縫焊接電流為200A-220A，焊接電壓25-27V ;其余焊縫焊接電流220-250A，焊接電壓27-30V。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，其特征在于步驟3)中焊接過程中，保持層間或道間預(yù)熱溫度不低于200°C，若低于該溫度，對焊接處及附近150mm范圍加熱到230-250°C。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，其特征在于步驟3)中，層/道間溫度控制為200°C 300°C;每塊平衡塊焊接后對焊縫及兩側(cè)(術(shù)100mm)及時后熱處理溫度350 400°C，保溫時間為30Min ;同時對焊縫采用石棉布包扎保溫緩冷。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，其特征在于步驟6)中，對焊縫進行打磨、修形后，檢查表面狀況，控制磨痕深度> 0. 2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃機車發(fā)動機曲軸平衡塊焊接工藝，包括以下步驟1)設(shè)計焊接坡口；2)預(yù)熱；3)正式焊接；4)清理及封頭焊；5)退火；6)修形及射線探傷。本發(fā)明所述工藝，克服了傳統(tǒng)工藝中的難點，解決了工藝要求、預(yù)熱、焊接裂紋及曲軸變形、焊后熱處理以及探傷誤差等諸多問題，焊接技術(shù)起點高，達到平衡塊焊接的高質(zhì)量要求，可以實現(xiàn)一系列機車柴油機曲軸的國產(chǎn)化,擴大了曲軸生產(chǎn)和運用的空間。
文檔編號B23K9/235GK103008847SQ20121056546
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者邱友勝 申請人:南車資陽機車有限公司