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手工電弧焊對鑄鐵軸承座的修復工藝

2010-03-04

　　摘　要：介紹了小齒輪座底板的斷裂情況，通過對其材料的技術性能、鐵的可焊性等性能的分析，確定了手工電弧冷焊的施工方案，并提出了具體的焊接工藝，順利完成了該工件的修復。
　　關鍵詞：手工電弧焊，修復，焊接
　　中鋁山西分公司氧化鋁一分廠GM223 型管磨機小齒輪座，材質為HT15233，在使用過程中其底板四個地腳螺絲孔處兩個斷裂，一個發生裂紋。由于重新訂貨至少需時三個月，且生產形勢較為緊張，要求管磨機早日投用，因此決定對該小齒輪座進行焊接修復。
　　1　缺陷情況及失效分析
　　1.1 小齒輪座的斷裂情況
　　小齒輪座底板四個地腳螺絲孔有兩個斷裂(在小齒輪座同1) 底板斷裂有兩處，位置及裂口開頭見圖1、圖2 ，斷塊尺寸270 mm×250 mm×70 mm，斷口尺寸270 mm×(100 mm～130 mm) 。
　　底板斷裂一處，見圖1 ，已裂透。

　　1.2 失效分析
　　小齒輪座在使用中本身受到的拘束度較大。在管磨機運行過程中承受交變載荷作用。工件本身存在制造缺陷，在加強筋邊緣與底板連接之處存在應力集中。運行中，由于大拘束度及交變載荷作用，預應力集中處發生破壞，形成裂紋，逐步擴展至筋板處，發生斷裂。
　　2 修復方案選擇
　　根據技術手段的現狀，選用手工電弧焊方法進行修復。
　　2.1 材料的技術性能參數
　　1) HT15233 的化學成分見表1 。

　　2) HT15233r 的性能參數見表2 。

　　2.2 　鐵的可焊性分析
　　由于鑄鐵的固有性質及冶金特性，給電弧焊帶來了極大的困難，具體如下：
　　1) 熔化后鑄鐵冷卻速度快，在熱影響區易出現白口組織，焊接時開裂傾向較大。
　　2) 鑄鐵組成成分中，碳的含量高，在焊接過程中碳易被氣化，容易產生氣孔。
　　3) 鑄鐵強度高，塑性差，焊接時殘余應力大，易產生焊接熱裂紋。
　　4) 鑄鐵中C、S、P 等元素含量高，并在焊接過程中熔化到焊縫中，會增加金屬的硬度，降低塑性和韌性，易產生裂紋，并降低可加工性。
　　5) 鑄鐵在冶煉過程中，易出現石墨粗大化，石墨與基體產生間隙，使鑄件在使用過程中油、水滲入形成氧化物，嚴重阻礙焊接時的熔合，同時，增加產生焊接裂紋和氣孔的可能性。
　　6) 鑄鐵在焊接熔化時，液態金屬流動性很差，嚴重妨礙焊接時的熔合，熔池中熔渣和有害氣體難以逸出，會在焊縫中產生嚴重缺陷。
　　針對以上不利因素，必須從焊接工藝、操作方法、焊接程序、焊接材料幾方面加以解決。
　　2.3 　焊接方法的選擇
　　鑄鐵手工焊可采用熱焊和冷焊兩種方法。手工電弧熱焊是將工件整體加熱到600 ℃～650 ℃以上開始施焊，焊接過程中工作溫度不得低于400 ℃，焊后馬上加熱到650 ℃，以消除應力退火。
　　小齒輪座的重量為1. 74 t ，且氧化鋁一分廠沒有合適的加熱裝備，故采用手工電弧冷焊法修復。冷焊法是指用不預熱、嚴格控制層間溫度、小線能量的焊接方法進行焊接。
　　2.4 　焊接材料的選擇
　　HT15233 的可焊性較差且底座的下表面為加工表面，為保證焊接質量及下表面的可加工性宜采用純鎳基焊條Z308 進行焊接。但Z308 焊條價格昂貴，為節約費用，可采用以Z308 焊條焊隔離層、J507 焊條與Z308 焊條相互填充、Z308 焊條蓋面的方法進行修復，這樣既可降低成本又可保證焊接質量及下表面的可加工性能。
　　Z308 焊條的機械性能見表3 。

　　2. 5 　焊接次序
　　1) 裂紋處按非加工面再加工面的次序施焊。
　　2) 斷塊處先焊筋板側，保證焊透，再從另一側清根、施焊。后焊筋板。
　　3 焊接
　　焊接前要對所有焊接部位進行徹底清理，清除所有結疤、油污等缺陷因素，然后再開始焊接準備。
　　3.1 裂紋處焊接準備
　　表面清理干凈后，用角向拋光機修磨裂紋處至磨出所要求的雙U型坡口。修磨時要求消除所有裂紋傾向，坡口邊緣平滑過渡，鈍邊、間隙以單邊能焊透為準。
　　3.2 斷塊處焊接準備
　　兩斷塊斷裂口處形狀基本規則，表面清理后用角向拋光機將斷口按坡口所要求形狀、尺寸修磨成雙U型坡口，鈍邊、間隙以單邊能焊透、另一側以清根為準，然后按尺寸在劃線平臺上將斷塊與小齒輪座本體組對、點固。
　　3. 3 　焊接
　　小齒輪座焊接熔敷量較大，為減小焊接應力及焊接變形，保證焊接質量，采用兩班工作制，固定高水平焊工施焊。焊接時環境溫度保證在20℃以上，夜班如果溫度過低則停止焊接。為防止穿堂風，在施焊時搭設圍篷以防風保溫。焊接時先焊裂紋，然后再焊斷裂塊。焊裂紋時先焊兩螺絲孔中間的裂紋，焊完后再焊外側裂紋。
　　1) 焊接前，Z308 焊條要150 ℃烘干1 h ，J507 要250 ℃烘干2 h ，烘干后放入保溫桶中保溫，隨用隨取。
　　2) 每次焊接時都將焊道放置在水平位置，以利于操作。　　
　　3) 焊接時采用短道、快速、不擺條、斷續、分散焊法，每段長度不超過30 mm ，收弧時要填滿弧坑。
　　4) 焊完一道馬上用鈍頭小錘錘擊整個焊道以釋放焊接應力，錘擊速度要快，力量由重漸輕。
　　5) 嚴格控制層間溫度，每焊完一道必須冷卻到50 ℃以下方可繼續施焊。
　　6) 打底時采用小熔合比進行焊接，填充焊和蓋面焊時可適當放大熔合比。
　　7) 清除熔渣后，用五倍放大鏡觀察，無裂紋，再繼續下一步焊接。

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