起重機分體式制動輪工藝研究

岳海豹， 李明星， 賈國棟

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

制動輪是起重機械最重要的部件之一，其主要功能是使行駛的機構減速或者停止，使上升下降的機構保持速度穩(wěn)定或者懸停不動。制動輪直徑較小時多采用鍛件45鋼材料，較大時多選用鑄件。但鑄件容易出現(xiàn)缺陷及非致密區(qū)，影響產(chǎn)品質量，報廢率較高。隨著焊接技術的日益成熟，高碳45鋼(高碳45鋼容易滿足表淬要求)的焊接性能已完全可以滿足要求。在此前提下，采用分體式焊接制動輪可以更好地節(jié)約毛坯用量，降低生產(chǎn)成本。本文以起重機制動輪為例，通過焊接工藝評定，驗證分體式制動輪的可行性。

1 分體式制動輪結構設計

以太原重工起重機分公司生產(chǎn)的中腹板式制動輪為例，直徑小于315 mm時，采用鍛件45鋼材料；如果直徑大于或等于315 mm時，則采用鑄件材料。與鍛件相比，鑄件成型簡單，價格相對便宜，但鑄件內容易出現(xiàn)缺陷及非致密區(qū)。為保證產(chǎn)品質量，目前太原重工起重機分公司制動輪均使用鍛件45鋼材料。整體鍛件制動輪雖能保證產(chǎn)品質量，但其生產(chǎn)周期長，鍛壓成本高，價格昂貴。原中腹板式制動輪如圖1所示。分體式制動輪將原整體式制動輪進行拆分，分為制動輪外圈及腹板兩部分，其外圈可采用45鋼管材，中腹板選用性能可靠的鋼板，并通過工藝控制，達到滿足制動輪使用的要求。與原制動輪相比，分體式焊接制動輪可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。分體式焊接制動輪如圖2所示。

2 分體式制動輪焊接工藝評定方案

2.1 材料及鋼板厚度選擇

焊接工藝評定鋼板選用45鋼板及Q345B鋼板兩種，45鋼板容易達到表淬的要求，選用Q345B鋼板的原因是相對于45鋼Q345B鋼板更容易施焊，焊接質量容易保證。

焊接方法：選擇CO2氣體保護焊，焊絲型號為ER50-6，焊絲直徑為Φ1.2 mm。

圖1 原中腹板式制動輪

圖2 分體式焊接制動輪

對太原重工起重機分公司現(xiàn)有制動輪圖紙進行查閱，其厚度在15 mm～40 mm之間，根據(jù)焊接工藝評定使用范圍為所選厚度的0.5倍～2倍之間，試板厚度選用25 mm[1]。

2.2 焊接工藝評定方案

為驗證分體式焊接制動輪性能的可靠性，共對五種工藝方案進行分析，詳見表1。

通過比較方案1與方案2來判斷表淬工序對焊接制動輪(45鋼+Q345B)焊縫的影響及是否滿足使用要求；通過比較方案3與方案4來判斷退火工序對焊接制動輪(45鋼+45鋼)焊縫的影響；通過比較方案4與方案5來判斷表淬工序對焊接制動輪(45鋼+45鋼)焊縫的影響；通過比較方案1與方案4及方案2與方案5材料的性能來判斷分體制動輪最終的選材。

表1 制動輪焊接工藝方案評定

2.3 焊接工藝評定結果

本試驗所使用的設備為：WE-1000萬能試驗機312，NI500 F沖擊試驗機111102025，SBW-600彎曲試驗機。環(huán)境溫度為25 ℃，拉伸試驗試樣厚度為25 mm，橫截面尺寸如表2所示；沖擊試驗試樣尺寸為10 mm×10 mm×55 mm，缺口類型為KV2槽深2 mm；彎曲試驗試樣厚度為10 mm，彎曲類型為側彎，彎心直徑為50 mm，彎曲角度為180°[2-4]。

對應表1工藝方案順序，各方案材料拉伸測量數(shù)據(jù)如表2所示；各方案材料沖擊及彎曲測量數(shù)據(jù)如表3所示。參考標準TZS/K-717.16-2015和GB/T1591—2008，給出焊接工藝評定材料性能參數(shù)，如表4所示。

表2 各工藝方案拉伸測量數(shù)據(jù)

2.4 數(shù)據(jù)對比分析

①從表2中序1、序2及序4、序5與表4對比可以看出：表淬對焊接工藝評定試件拉伸力學性能影響不大；②從表3中序1、序2及序4、序5與表4對比可以看出：表淬對焊接工藝評定試件Q345B沖擊性能影響較大，但大于24 J，滿足材料使用要求；③從表2、表4中序3、序4可以看出：退火處理對焊接工藝評定試件性能影響不大；④從表2與表4數(shù)據(jù)對比可以看出：抗拉強度大小順序為Q345B < ER50-6<45鋼，其中最小的Q345B抗拉強度約為475 MPa；⑤從表3可以看出：各試件彎曲性能均滿足要求；⑥從表3、表4可以看出：外圈45鋼+腹板45鋼形式力學性能均滿足要求，但外圈45鋼+腹板Q345B形式的沖擊性能受表淬的影響較大。

特別說明：原制動輪材料為ZG310-570，本論文試驗數(shù)據(jù)對比以材料ZG310-570做為參照。

表3 各工藝方案沖擊及彎曲測量數(shù)據(jù)

表4 各材料對應力學性能

3 分體式焊接制動輪試制

在實際焊接分體制動輪中，選擇了工序最多也是最符合實際生產(chǎn)需要的方式，如表5所示。腹板選用45鋼及Q345B鋼板是為了驗證實際施焊時焊縫的質量。

表5 分體制動輪試制方案

從焊接工藝評定來講：外圈45鋼+腹板Q345B形式抗拉強度較低，表淬對熱影響區(qū)有一定的影響，但力學性能均滿足使用要求；外圈45鋼+腹板45鋼形式各項力學性能數(shù)據(jù)均滿足使用要求。

從實際施焊制動輪的情況來講：外圈45鋼+腹板Q345B形式焊接較易，對預熱保溫要求較低，缺陷較少；外圈45鋼+腹板45鋼形式必須在預熱均勻、嚴格保溫緩冷情況下進行，其焊接一次合格率才可以保證。

4 結論

通過焊接工藝評定及焊接現(xiàn)場操作等多方面綜合考慮，外圈45鋼+腹板Q345B形式受表淬影響較大，不建議采用；外圈45鋼+腹板45鋼形式只要做好預熱保溫及緩冷就可以滿足使用要求。

從經(jīng)濟角度核算成本，分體式焊接制動輪與原制動輪相比，約節(jié)約1/3制造成本。