工程机械钢管总成漏油故障原因应对措施

作者简介：作者简介：李国真（1981-）男,壮族,广西柳州人,柳州柳工液压件有限公司,机械工程,本科学历,机械自动化方向

吴荫登（1968―）,男,广西邕宁人,工程师,硕士,研究方向：工程机械液压研究及其他管理.

[摘 要]：针对液压钢管漏油反馈率居高不下的现状,对反馈钢管进行综合分析和研究,找出相应的改进方案,并加以实施,在生产应用中取得了良好的效果.

[关 键 词]：钢管；故障模式；漏油；原因分析；改进措施.

1.前言

由于工况的特殊性,工程机械液压管路渗漏问题,在工程机械行业中一直成为整机质量的隐患.造成钢管质量问题的原因是多方面的,从管路布局、连接接头、制造工艺等方面都可能存在不足之处.

2.钢管漏油反馈故障模式

对某市场机型反馈进行分析,工程机械钢管反馈故障模式主要有：某整机钢管故障反馈主要有如下几种情况：管与管对接焊缝渗漏（氩弧焊）；接头与钢管对接焊缝渗漏（对接焊）；接头与钢管对接焊缝渗漏（角接焊）；钢管爆裂漏油等.

3.钢管反馈故障原因分析

3.1钢管与钢管对接焊缝渗漏（对接焊）

因钢管长度太长（拉直长度达到6米）,受加工设备条件限制只能分割成两节分别弯曲,然后再进行管与管对接焊,而这是造成钢管质量问题的关键因素.工作时产生轴向拉力使得焊接处受拉,而焊接产生的缺陷更容易产生漏油故障.

3.2接头与钢管对接焊缝渗漏（对接焊）

钢管对接焊缝成形质量未达到单面焊接双面成形的技术要求,而且现有焊接设备对厚壁管焊接的电流参数控制不合理,过高的焊接电流影响焊缝成形质量的稳定性,对工程机械钢管而言,大部份反馈钢管都是此类故障形式的反馈.

3.3接头与钢管角焊缝出漏油（角接焊）

该处工作压力大,且工况恶劣,钢管受振动影响较大,钢管与接头采用角接焊形式焊缝缝强度不够,很容易引起开裂漏油.

3.4钢管爆裂原因分析

对反馈件进行分析统计,钢管爆裂的主要原因是钢管弯曲半径过小,造成钢管弯曲部位呈椭圆状、侧面应力集中.另外,有小部分钢管爆裂是因为材料本身的缺陷,这是钢管制造厂商的问题.

4.改进方案及措施

4.1钢管与钢管对接焊缝渗漏（氩弧焊）的改进

部分长钢管截取成两节钢管进行对接焊,其焊接位置和强度无明确规定,没有规范的技术检验要求,焊缝缺陷较多,应进行焊缝强度计算.由于钢管对接焊内部焊透,即焊缝双面成形,不存在缝隙,对接焊缝可视作焊件的一部分,故其计算方法与构件强度计算相同.其焊缝受力与钢管本身相似,如图1所示.

在对接焊中,垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝,其强度按以下公式计算：

为对接焊缝的抗拉或抗压强度设计值,按焊缝强度设计值进行选择,20#钢管采用自动对接焊和E43XX形焊条电弧焊,取值为185N/m2.

故对接焊缝强度：

计算结果值大于值,不符合强度设计要求,用两节钢管对接焊可靠性不满足.

改进措施：通过设备改造,加长弯管机的床身,并效验改造后机床运转的稳定性,从而实现现有的长钢管一次弯曲成形的工艺及设计技术要求,取消了管与管对接焊及其对应的试漏及检验工序,降低了生产成本,产品质量稳定性得到了保证.

4.2接头与钢管对接焊缝渗漏（对接焊）的改进

4.2.1调整焊机主要参数,提高焊缝双面成形质量

因钨极承载电流能力比较差,过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而引起夹钨,因此熔敷速度小,熔深浅,焊接质量差.实验表明,通过增大钨极直径可增大焊机电流,从而可降低焊接处的电流.

问题钢管选用的钨极直径为2.5mm,交流电流仅为120～210A,而焊接端电流达到200A,焊接焊缝成形质量不稳定；将钨极直径增大一个级别,即采用钨极为3.2mm,此时,焊机电流可达到250A,焊接处电流可相应的减少到了145A,达到减低电流、提高焊接稳定性的目的.

钨极直径增大之后,还需对焊接工艺参数做相应的调整.要得到合适的焊接工艺参数,需要调整以下参数：基值电流、基值时间、峰值电流、峰值时间及焊接速度.焊缝成形质量与焊接参数的关系,如图2（纵向平均值为焊缝成形质量）：

根据图2可得两组焊缝成形质量的最优条件,如表3：

根据数据优化,采用表3其中一组参数均可提高焊缝成形质量的稳定性.

4.2.2改善焊前清理工艺

进行对接氩弧焊时,必须清除钢管焊接表面的油污、水分、粉尘、氧化膜等,否则在焊接过程中会导致气孔、夹杂、未熔合等焊接缺陷.清理办法：用不锈钢丝或铜丝轮擦除焊接部位氧化膜；焊前采用天那水对钢管焊接部位进行清洗.

4.2.3增加气试漏工序

对钢管焊缝进行气密性试验,在1.5倍压力下保压3分钟,确保钢管焊后无渗漏,方可流转入下一道工序.

4.2.4加强对接焊缝成形质量控制

每道焊缝的内、外表面成形质量都由操作者进行检查并上报相关领导,对不合格的产品进行隔离、返修,确保单面焊双面成形.焊缝质量要求：单面焊双面成型,保持焊缝外观均匀,无缺陷.

4.3接头与钢管角焊缝漏油改进

对于受高压（≥16MPa）、振动的钢管焊接形式,由原来的角焊形式（单面焊单面成型）改为对接焊形式（单面焊双面成型）,焊缝强度得到了保证.

4.4钢管爆裂的改进

钢管在弯管机上进行弯曲时,外侧的管壁受拉应力的作用而减薄,内侧管壁受压应力的作用而增厚,这两个力的合力又使管子弯曲处的横截面发生变形而成为近似椭圆形,内侧管壁在强弯的力作用下还会出现失稳而起皱,由于这些主要因素的影响,使得钢管出现爆裂故障.改进措施如下：

（1）加大钢管弯曲半径,重新设计相应的弯曲直径膜,避免弯曲半径太小而使钢管弯曲出现缺陷.

（2）增加防皱块,可减少或消除弯曲表面出现“皱纹”缺陷的产生.防皱块的设计,必须跟直径膜紧密联系在一起,因为两者之间的连接点几乎接近相切点,稍有偏差,钢管弯曲时走向就不顺畅,钢管弯曲表面就会成形有皱纹.

（3）增加反变形滚轮,在钢管弯曲的背面增加反变形论,可保证弯曲过程中钢管移动顺畅,接触面不变形.反变形轮的接触面圆弧半径不全等同于钢管的外径,否则达不到反变形效果.如图5所示,R为钢管直径膜半径,而钢管接触面是由两段圆弧R1、R2连接而成的,推荐取值：R1等于0.6～0.8R；R2等于1.1～1.3R.

（4）增加辅助芯棒,从管内侧提高真圆度

弯曲时在管内增加辅助芯棒,控制弯曲部位的走向,可提高弯曲真圆度.常用的芯棒的结构形式主要有两类：一种为硬式芯棒,依靠端面圆弧来带动钢管弯曲走向,如图6（a）；另一种是软式芯棒,依靠端面的球节来确定弯曲部位的走向,如图6（b）.

芯棒的直径、芯棒伸出钢管弯曲点的长度是控制真圆度的关键尺寸.芯棒直径d及芯棒伸出钢管弯曲点的尺寸e及钢管内径D的关系如下：

（5）对于管壁较薄的钢管,为了提高其弯曲质量,应尽可能用管壁较大的钢管以改善其弯曲部分的断裂、呈椭圆状的缺陷,提高弯曲真圆度.

5.结束语

通过固化、实施以上应对措施,并严格把好加工、拼搭、焊接及检验关,定期做好工艺纪律检查工作,对工人进行操作培训,将能有效地控制钢管漏油反馈的问题.