东风8柴油机挺杆套管的摩擦焊工艺.docVIP

机车东风8柴油机挺杆套管的摩擦焊工艺 陈 斌 （常州铁道高等职业技术学校 江苏 常州 213011） 摘要关键词：0 前 言 挺杆套管是铁路内燃机车东风8型的柴油机16V280ZTA上的配件，安装于气缸头与凸轮座之间，使连接摇臂和凸轮的挺杆在套管内自由动作，起封闭保护作用，同时保证气缸头到凸轮座间润滑油的输送。因此，要求挺杆套管有一定的强度，主要是整体密封性好，不得有渗漏。手工电弧焊焊接的挺杆套管在使用中常发生焊缝处渗油的现象，影响环境和造成机油浪费，更换率极高。 1 焊接结构的工艺性分析 挺杆套管是由接头和套管焊接而成的，如图1所示。接头是由Q235钢经锻制再机加工而成，套管是由10号优质结构钢钢管直接截取、车制而成。整体结构如图1。   原手工电弧焊的接头和套管预加工如图2所示，接头和套管的机加工较复杂，孔、轴配合要求高。焊缝位置在管内，焊接时先 定位焊，再分段焊接完成焊缝，焊缝轨迹是曲线，接头多，实现最佳位置焊接较困难。其次手工焊接内孔角焊缝，焊接缺陷多，特别是未焊透或夹渣等，极易造成焊缝处的渗漏。第三，焊缝处管径为Φ56mm，深度是14mm，电焊条伸入焊接，不利于观察熔池和焊缝。 2 摩擦焊工艺的确定 摩擦焊是利用两焊件的相对运动，并在一定的摩擦压力的作用下产生较大的摩擦热，使接头部分达到热塑性状态；在相对运动停止的瞬间（先顶后杀车或先杀车后顶的转换时间）加上2～3倍于摩擦压力的顶锻压力，使接头部分锻接而形成质量良好的接头。 2．1 接头形式的确定 摩擦焊的基本接头方式是对接，如棒与棒、管与管、棒与板等。而挺杆套管的基本结构是管与管的对接，很适于摩擦焊接。经查阅相关资料，选择如图3所示的接头形式。接头由旋转夹具夹紧，套管由滑动台上的移动夹具夹紧。  2．2焊件的准备 摩擦焊过程中两焊件分别由焊机的旋转夹具和移动夹具夹紧，表面会有一定的夹痕，因此焊前两焊件的预加工很简单，钢管只需按工艺尺寸直接截取，但需保证焊接端的端面与中心轴线的垂直度偏差小于钢管外径的1%；接头按图3中的结构用锻料粗加工，但焊接端面要保持同样的垂直度。 两焊件的接触面要求不是很高，一般的氧化膜、油污不受影响，在摩擦、顶锻过程中均能被挤出。表面有一定的粗糙度有利于摩擦生热。 2．3焊接参数的试验 摩擦焊的主要参数是摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶锻时间（距离）、转速及从摩擦到顶锻的转换时间和方式。 根据所用材料，由手册查得摩擦压力为40～80MPa，摩擦时间决定于接头摩擦加热的程度。若加热时间不足，则加热不均匀，接合面上的氧化夹杂物挤不干净；加热时间过长，导致高温区过热、过大、缩短量过大，在顶锻后飞边量增加、接缝处直径变形大等，既耗材又耗能，还降低生产率。由实验得到经验值如表1所示。 顶锻压力是摩擦压力的2～3倍，施加顶锻压力是为了能挤碎和排出变形层中的氧化金属物和其他有害杂质，并使接头金属得到锻造、结合紧密、晶粒细化，以提高接头性能，顶锻的结果产生了轴向顶锻变形量。良好的摩擦焊接头，需要有一定的轴向顶锻变形量来保证。变形金属连带杂质、缺陷变成飞边。 通过试验，总的要求是，在加热阶段终了瞬间，接头中沿轴间有较厚的变形层或高温区，以及较小的飞边；而在顶锻阶段能产生较大的轴向变形量，使变形层沿工件径向有较大的扩散，这样飞边形状封闭而圆滑，有利于改善接头质量。 实验 次数 摩擦压力 /MPa 摩擦时间 /s 顶锻压力 /MPa 顶锻时间 /s 顶杀方式 变形量 /mm 转速 飞边 情况 1 2.5 3 4.5 4 先顶后杀 时差0.2s 14 低速 飞边翻起光滑，未封闭 2 3 3 5 4 16 低速 飞边光滑封闭 3 2 3 4 4 12 低速 飞边翘起不多 表1 摩擦压力和顶锻压力只有换算成焊机设备主轴缸压力表所表示的值，在实际作业中才可能进行调定。由于摩擦焊机设备不同，传递压力的主轴缸径不同，所以压力转换成的表压也就不同。主油缸的表压值可按下式计算： P= 其中，P——表压（MPa））F——主油缸面积（mm2），本设备为13816mm2。 f——工件焊接截面积（mm2） K——常数，为考虑空气阻力而增加的表压值，大约为0.3～0.5（MPa） 图1 挺杆套管结构 图2 手工焊接结构 图3 挺杆套管的摩擦焊结构