电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺(图)

机械公敌

介绍了小齿轮座底板的断裂情况,通过对其材料的技术性能、铁的可焊性等性能的分析,确定了手工电弧冷焊的施工方案,并提出了具体的焊接工艺,顺利完成了该工件的修复。 " @7 ~0 V8 E- D+ t 中铝山西分公司氧化铝一分厂GM223型管磨机小齿轮座,材质为HT15233,在使用过程中其底板四个地脚螺丝孔处两个断裂,一个发生裂纹。由于重新订货至少需时三个月,且生产形势较为紧张,要求管磨机早日投用,因此决定对该小齿轮座进行焊接修复。 : v) A5 m9 R5 ~. } K 0 J+ R+ Q# I+ Q/ q 1缺陷情况及失效分析 1.1小齿轮座的断裂情况 ( k' w& p. g9 V, W4 D9 { 小齿轮座底板四个地脚螺丝孔有两个断裂(在小齿轮座同1)底板断裂有两处,位置及裂口开头见图1、图2,断块尺寸270mm×250mm×70mm,断口尺寸270mm×(100mm～130mm)。 & w$ F8 f- R, H% B g # E+ V/ N( A- ]( P 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 * I4 x4 y0 P' h# P8 b

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图1 底板断裂示意图

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9 {9 E2 @9 a& k2 X9 o图2 裂口位置 1.2失效分析 * a, W8 X, | { 小齿轮座在使用中本身受到的拘束度较大。在管磨机运行过程中承受交变载荷作用。工件本身存在制造缺陷,在加强筋边缘与底板连接之处存在应力集中。运行中,由于大拘束度及交变载荷作用,预应力集中处发生破坏,形成裂纹,逐步扩展至筋板处,发生断裂。 7 ]; R5 \. i5 q- K 2修复方案选择 . h0 S( _4 D; { , f) ~% P' B) m 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 ; Y. j- N7 b2 \3 d' _ 2.1材料的技术性能参数 9 l- l6 \: ]; Y7 r! p+ U 0 u& U% H8 [( C 1)HT15233的化学成分见表1。 $ A+ \( D- T( j/ u1 s* W/ m( O9 w 1化学成分% 2 @5 I- b5 o; g4 j- b

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) g5 c1 F: v8 Z8 ^1 e W" t' _2 J( {7 @) R" p8 P手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 ; C6 r8 W: C& `0 h8 ?. M b3 m& V( B) r& G$ h" x 2)HT15233r的性能参数见表2。 - P4 ~6 O. F' l. o( U/ Y' t 0 g" T# e/ A. C1 k% z/ f 2性能参数 2 J+ N% d) H) K9 s & i2 w9 Z. D3 U: z5 R' [( A手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 2 N$ Q& N+ W/ S6 _ 点击此处查看全部新闻图片 & l* T7 z$ s6 e, o6 N 2.2铁的可焊性分析 . P% I! {4 y0 W1 t# g ' j; C% R b' R) l' s, f5 P 由于铸铁的固有性质及冶金特性,给电弧焊带来了极大的困难,具体如下: + A6 P5 N Z$ Y2 E * S% ]; @ [0 k+ v5 |! W2 J 1)熔化后铸铁冷却速度快,在热影响区易出现白口组织,焊接时开裂倾向较大。 % P: Q/ ?( w) f, e * C* j5 A3 h5 F9 F+ x 2)铸铁组成成分中,碳的含量高,在焊接过程中碳易被气化,容易产生气孔。 . ~( h$ B4 F/ y9 U; k! B 1 d+ [+ I+ w5 d 3)铸铁强度高,塑性差,焊接时残余应力大,易产生焊接热裂纹。 4 d* [' [% S4 a& Q( F B- i7 V 4)铸铁中C、S、P等元素含量高,并在焊接过程中熔化到焊缝中,会增加金属的硬度,降低塑性和韧性,易产生裂纹,并降低可加工性。 5)铸铁在冶炼过程中,易出现石墨粗大化,石墨与基体产生间隙,使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物,严重阻碍焊接时的熔合,同时,增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。 6)铸铁在焊接熔化时,液态金属流动性很差,严重妨碍焊接时的熔合,熔池中熔渣和有害气体难以逸出,会在焊缝中产生严重缺陷。 : m0 q9 S% X0 D' B' F 针对以上不利因素,必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊接材料几方面加以解决。 2.3焊接方法的选择 4 y5 n2 J8 l2 L3 X, A# b; e 铸铁手工焊可采用热焊和冷焊两种方法。手工电弧热焊是将工件整体加热到600℃～650℃以上开始施焊,焊接过程中工作温度不得低于400℃,焊后马上加热到650℃,以消除应力退火。 8 s" E8 D& O8 V0 L' E7 G& Q P % S2 q$ d; \$ c6 k: m6 w& l 小齿轮座的重量为1.74t,且氧化铝一分厂没有合适的加热装备,故采用手工电弧冷焊法修复。冷焊法是指用不预热、严格控制层间温度、小线能量的焊接方法进行焊接。 6 P1 M+ x' c! l. S% E7 x 2.4焊接材料的选择 A; A0 b; W% t3 Y - J+ T) ?7 k2 t( n$ x HT15233的可焊性较差且底座的下表面为加工表面,为保证焊接质量及下表面的可加工性宜采用纯镍基焊条Z308进行焊接。但Z308焊条价格昂贵,为节约费用,可采用以Z308焊条焊隔离层、J507焊条与Z308焊条相互填充、Z308焊条盖面的方法进行修复,这样既可降低成本又可保证焊接质量及下表面的可加工性能。 ! M9 k$ H5 i: ~# a5 y& k' [' ?% e/ S Z308焊条的机械性能见表3。 " ]8 [# F O2 G 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 , O$ u1 a t% D! c! \ `点击此处查看全部新闻图片 - |9 n6 X6 w7 d9 h 9 f2 Q; ?, b" ^' W! O! h' D 2.5焊接次序 * V% `2 E6 W# P; W ! q- F* h9 b* L$ g$ f/ w 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 2)断块处先焊筋板侧,保证焊透,再从另一侧清根、施焊。后焊筋板。 3焊接 & t' i, k. M3 C6 { 2 `$ I. _: K% Z o' G% F9 K 焊接前要对所有焊接部位进行彻底清理,清除所有结疤、油污等缺陷因素,然后再开始焊接准备。 3.1裂纹处焊接准备 7 P3 [5 } Y* C7 q" o5 p6 j" q3 Q 9 [2 m+ L& I4 n3 n( X. B 表面清理干净后,用角向抛光机修磨裂纹处至磨出所要求的双U型坡口。修磨时要求消除所有裂纹倾向,坡口边缘平滑过渡,钝边、间隙以单边能焊透为准。 - E, @; u g7 E1 H5 W/ S5 L( z 3.2断块处焊接准备 2 ` o6 W# s8 a/ _) }/ z7 g) }6 b 两断块断裂口处形状基本规则,表面清理后用角向抛光机将断口按坡口所要求形状、尺寸修磨成双U型坡口,钝边、间隙以单边能焊透、另一侧以清根为准,然后按尺寸在划线平台上将断块与小齿轮座本体组对、点固。 + F; w4 } y: Z; ^: K% q6 \ 3.3焊接 " M- W& u" Z, N7 ?; y 小齿轮座焊接熔敷量较大,为减小焊接应力及焊接变形,保证焊接质量,采用两班工作制,固定高水平焊工施焊。焊接时环境温度保证在20℃以上,夜班如果温度过低则停止焊接。为防止穿堂风,在施焊时搭设围篷以防风保温。焊接时先焊裂纹,然后再焊断裂块。焊裂纹时先焊两螺丝孔中间的裂纹,焊完后再焊外侧裂纹。 ) L- t. C+ o: `8 i 1)焊接前,Z308焊条要150℃烘干1h,J507要250℃烘干2h,烘干后放入保温桶中保温,随用随取。 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 7 s# q) e1 w1 o2 H: B % N4 [$ E" Y% s2 c( [4 ]* J 3)焊接时采用短道、快速、不摆条、断续、分散焊法,每段长度不超过30mm,收弧时要填满弧坑。 3 l5 f' q% s6 U" p$ l4 x. \ . t* u7 p$ s" j9 j# y' ]9 f 4)焊完一道马上用钝头小锤锤击整个焊道以释放焊接应力,锤击速度要快,力量由重渐轻。 9 l+ R& x) ~' o1 W$ N- f 6 |# V- A5 q: f 5)严格控制层间温度,每焊完一道必须冷却到50℃以下方可继续施焊。 ' |4 Y* O' x& t : R( m) m- \- z) F 6)打底时采用小熔合比进行焊接,填充焊和盖面焊时可适当放大熔合比。 y' T: r4 Q$ u' [/ P( d 7)清除熔渣后,用五倍放大镜观察,无裂纹,再继续下一步焊接。