轮胎式圆筒混合机寿命长寿化研究

常晓巍

摘 要：通过一年的记录分析圆筒存在的问题，进行分析，找出产生问题的原因，制定方案；通过材料、尺寸的更改提高圆筒的强度及刚性；通过组装、焊接工艺的优化消除焊缝薄弱环节存在的问题，提高焊缝的强度等相关措施来延长圆筒的使用寿命。

关键词：轮胎式圆筒；设计工艺优化；寿命

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.006

1 前言

炼铁烧结用轮胎式圆筒混合机使用2年后挡圈及加强圈位置频繁出现焊缝开裂，为保证设备的安全运行，只能采用焊接修复，平均每2个月左右焊一次。随着焊补次数增多，导致焊缝周围母材组织发生变化，晶粒粗大，强度下降，严重影响圆筒混合机的使用寿命。据统计平均每4年更换一个。由于圆筒混合机的外形尺寸较大，直径为φ3044mm，长度为12米，一般由5-6段组成，并且长度方向加强圈较多，焊接量较大，从而导致应力较大，在使用过程中应力无法释放，从而导致在薄弱环节上开裂。为了提高圆筒混合机的使用寿命，通过承载计算、残余应力分析，将圆筒结构进行更改，优化圆筒图纸，选择合理的材料，制定合理的组装、焊接工艺来消除薄弱环节存在的缺陷，提高焊缝的强度，延长圆筒的使用寿命。

2 开裂原因的分析

自2015年4月开始，每2月一次对圆筒混合机进行检查，发现开裂位置进行记录，制定修复方案在线维修。通过一年的检查发现，圆筒开裂的位置基本在加强圈上，特别是靠近轮胎位置出现较为频繁，开裂也比较严重，焊缝开裂后甚至撕裂母材；其次是挡圈位置，也经常出现焊缝开裂现象。

针对开裂位置进行分析，由于圆筒长度太长，一般由5-6段组成，为保证圆筒的圆度及刚性，对圆筒通过增加加强圈进行加固的方式进行固定，此方式在静止状态下可行，但在动态的情况下存在弊端，由于加强圈布置较多，焊缝又大，造成焊接应力较大，虽然在制作后进行了振动时效，但效果不是很明显，因此在投入使用后，由于应力释放不彻底，使用一段时间后，会在圆筒最薄弱的环节即焊缝位置产生开裂现象，特别是加强圈的焊缝，由于是环形焊缝，同一道焊缝存在多种位置的焊接，平焊、爬坡焊、倒焊、甚至仰焊，焊接難度较大，焊缝的质量不易得到保证；同时焊缝未要求开坡口焊接，为保证刚性，增加了焊缝厚度，导致应力加大。加强圈的焊接固定，使圆筒的刚性增加，柔性降低，在圆筒的旋转运料过程中，刚性大阻碍了焊接应力的释放，是导致加强圈处焊缝开裂的主要原因。

挡圈位置的开裂是由于圆筒在滚动过程中，筒内物料不均匀导致圆筒跳动撞击挡轮，焊缝受外力作用，导致焊缝开裂。

3 在线修复及设计优化

根据查出的原因及分析，制定在线使用圆筒的修复方案，使圆筒的开裂程度降到最低，同时进行图纸设计优化，使新制圆筒焊缝避免开裂。

3.1 开裂焊缝的现场修复

（1）挡圈开裂焊缝的修复：首先将圆筒焊缝开裂处转到平焊位置，在挡圈开裂位置的端部使用手电钻头钻上止裂孔，然后用碳弧气刨将缺陷刨除，再用磨光机进行修磨，露出金属光泽，使用CO2气体保护焊进行多层多道焊，为保证焊接质量，打底焊和填充焊选用不同的焊接参数，每焊一层进行修磨，焊后采用小锤进行焊缝周圈的敲击，以最大限度地进行应力消除；

（2）加强圈焊缝的修复及结构的优化：焊缝修复方式同挡圈一样，将焊接缺陷刨除，修磨后进行焊接，焊脚尺寸不应太大，确保焊接质量；焊后将加强圈沿圆周方向分为3段断开，相邻加强圈断开位置相互错开。切割时将加强圈留有10mm余量，防止割到圆筒母材。

3.2 新制圆筒的设计工艺优化

（1）设计优化。A.材质的更改。将原Q235B全部更改为Q345B，提高圆筒的强度；挡圈采用45#，加工完成后进行调质处理，提高挡圈的硬度，减少磨损。B.挡圈位置的设计更改。将挡圈位置的筒皮厚度加厚，增加圆筒的刚性，原设计为20mm，改为24mm，其余部位还是采用20mm，过渡位置采用机加工方式进行削薄处理，减少应力集中。C.加强圈设计的更改。将加强圈按圆周方向分三部分组成，留有15-20mm间隙，相邻两加强圈间隙位置相互错开，避免因应力释放时圆筒变形出现在同侧。

（2）工艺优化。A.将加强圈采用交错断续焊接，接头位置必须对齐，减少焊缝数量，焊脚高度改为6-8mm，减少应力集中。B.挡圈位置两面坡口加大，留有10mm钝边，焊接时起10mm凹形焊角，保证焊接质量，焊后进行探伤，内部无焊接缺陷。C.圆筒焊接完成后进行多次振动时效，降低焊接应力，同时静止存放10-15天，进行自然失效，去除应力。D.应力消除后将加强圈进行分段，圆周方向分为3段，每个加强圈的分段位置进行相互错开，保证在使用过程中，应力的释放。

4 应用情况及效益

经过3个月的使用效果验证，此台改制后的圆筒混合机焊缝开裂现象明显降低，原2个月每个加强圈都有不同程度的焊缝开裂，改制后3个月仅发现一处不足700mm的焊缝开裂现象。

5 小结

（1）通过对圆筒开裂位置及缺陷的分析，确定了圆筒开裂的根本原因，制定了在线使用圆筒的修复方案，减少了圆筒的开裂频率，降低了修复次数。

（2）通过设计、工艺优化，提高圆筒的强度及刚性，消除焊缝薄弱环节，提高焊缝的强度，延长设备的使用寿命。