手工電弧焊對鑄鐵軸承座的修復工藝

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。
    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(fā)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) 。
2) 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(fā)生破壞,形成裂紋,逐步擴展至筋板處,發(fā)生斷裂。
2 修復方案選擇
    根據技術手段的現(xiàn)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(shù)
 1) HT15233 的化學成分見表1 。
1 　化學成分%

2) HT15233r 的性能參數(shù)見表2 。
2 .性能參數(shù)

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(qū)易出現(xiàn)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(xiàn)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(tài)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(jié)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(guī)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(huán)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(xù)、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(xù)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(xù)下一步焊接。