内水冷法焊接修复加固油缸缸套
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摘 要：成批量的油缸缸体外壁上焊接的连接座开焊断裂，需要更换新的连接座，并对加大的焊缝进行重新焊接以达到使用要求。本文针对如何减少和控制焊接变形以保证接头强度的关键问题进行了分析，探讨制作简单工装、应用CO2保护焊、采取内水冷法等工艺措施，进行外部环焊缝焊接，取得了满意的效果。
某矿采煤面液压支架配用的推移千斤顶缸套外焊的连接座，在井下试产时出现因焊缝尺寸小、连接座本身强度不足引起焊缝开裂、连接座断裂的严重问题。学校承担紧急抢修任务，学生积极动脑想办法，通过改变传统的焊接方法，采用内水冷焊接法，取得了良好的效果。
千斤顶缸套材料为27SiMn的无缝钢管（调质状态），连接座材料为调质45号铸钢（实际为粗大晶粒的ZG310-570），它们之间的连接焊缝（承载焊缝）尺寸小，要承受轴向480kN与360 kN的推拉载荷，其强度明显不足。
由于原连接座已不能使用，因此应更换符合规定的材料并加大承载截面的新零件。为了改善缸套前端的受力状况，我们在连接座后增加了加强套。为了保证焊缝的承载能力，前端的内坡口需要增大，其余两道环焊缝尺寸也应增大。
原缸套在制造时全部采用焊后加工镗削加工内孔达到尺寸要求。本次焊接如此大的焊缝，必然引起较大的变形，而变形量如果超过一定的数值，缸套将无法使用。因此，如何减小和控制焊接变形，就成为缸套修复工作成功与否的关键。
一、减小和控制焊接变形的方法
为了满足油缸缸套的使用要求，必须保证焊接后缸口孔径公差≤0.13mm，缸套的圆度、缸体的直线度均≤0.15mm。我们采取了内腔乳化液（95%的水）冷却的办法。由于缸套灌水后可以密封，横卧状态水也不会流出（但需要考虑排气），因而内腔的乳化液可以在焊接过程中自始至终对缸套内壁进行均匀的冷却，将焊接时缸套内壁受到的热量较为均匀地吸收，使缸套局部不能达到较高的温度而产生过量的变形。由于采用内部冷却，缸套有一定壁厚，外部焊缝又是分层分段焊接，热量不集中，不会使缸套内壁约1/2以上厚度达到使金相组织变化的温度，因而不易形成淬硬组织。
根据上述分析，我们制订了如下工艺方案和措施。
一是使用CO2焊，φ1.6mm H08Mn2Si焊丝，中等偏低的焊接热参数：I=185～215A，U=28～34V，不摆动直道焊。这样既保证焊缝强度，又减小焊接变形。
二是制定严格的焊接顺序，采取分层分段交替焊接。焊接顺序、分层分段的规定为：前、中、后三道焊缝分别为二、五、三层，每层焊缝沿圆周分为八段（每段64mm），焊接顺序为1、5、7、3、8、4、6、2，对称焊接1、5后，即焊接本缸套的其他焊缝或另一缸套的焊缝。各层之间分段错开约30mm。
三是制作工装，使直立的横卧位置内腔都保持充满冷却液状态，在横卧位置能够自由转动，灵活地实现焊接分层分段位置的变换。横卧位置工装，实施内水分层分段对称焊接。
四是在焊接前将待焊部位用氧乙炔烘烤去除油渍、水汽，并将待焊道及两侧各10mm部分预热到100℃～150℃。交替焊接时层间温度应保持在约100℃。
二、采用内水冷法焊接的效果
按照上述工艺，我们先试焊两件，并测量了焊接过程中加强套及缸套外壁的温度，在离开焊缝10mm处温度约160℃，离开焊缝30mm处温度约70℃。焊完后5分钟，放出的乳化液温度大约为60℃。工件冷至室温后，我们对内孔进行测量，焊缝最集中的两处内径缩小分别为0.025mm和0.045mm，两工件的圆度公差分别为0.06mm和0.08mm，自缸口延伸400mm范围内，缸体弯曲变形公差≤0.1mm。上述尺寸偏差及形位公差完全满足原制造要求。装配后在模拟特制的前后加载环位的工装上试验，在1.1倍工作压力36MPa下，轴向推力540kN，轴向拉力420kN，加载保压分别为5分钟，密封良好，焊缝没有发生任何问题（计算安全系数为2.7以上）。
我们的修复加固设计及工艺方案，经过实际验证并通过了鉴定，并开展了批量修复，严格按工艺规程操作，共加固修复两种规格（排头架用和中间架用）的千斤顶160个，保证了煤矿生产。经过一个工作面（8个月）的使用，没有出现问题。
三、小结
我们采用内冷法配合相应的严格的工艺措施，对已加工了内孔的缸套（或圆形工件）在外壁圆周上加焊零件或进行焊接修复是可行的，质量是可以得到保证的。
（作者单位：邹城市技工学校）