电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺(图)

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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。 , k# p- M' R' h# {! `; c6 k8 H5 ]

   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。 2 d, V% i. l; v

    1缺陷情况及失效分析

    1.1小齿轮座的断裂情况 9 g7 z) O' N% E, w+ Q! r: X% s

    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)。 2 W: M5 O" a) W- c/ k

    2)底板断裂一处,见图1,已裂透。

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图1 底板断裂示意图

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图2 裂口位置

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    1.2失效分析 5 U8 M) h* ~& |! k6 w

    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。 0 h8 _" m0 G& X# a

    2修复方案选择 3 ~% t9 ^% @) Y7 A, f0 S

    根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。

    2.1材料的技术性能参数

    1)HT15233的化学成分见表1。

    1化学成分%     + s* x6 u5 D9 W6 s7 q

手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

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    2)HT15233r的性能参数见表2。

    2性能参数

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

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    2.2铁的可焊性分析 ( R R* L. ?6 `1 c- V

    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:

    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。 5 p8 C! z& q4 U% _: N

    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。

    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。 + ~8 Y, A' n& N' p8 `: s

    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。 / S7 _+ m6 R0 Q2 W

    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。 * m) ^8 q6 S' C5 E& T

    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

    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。

    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。 ( ]1 e4 l$ V2 h9 d1 {. w

    2.4焊接材料的选择

    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。

    Z308焊条的机械性能见表3。 4 D6 p6 j; ~6 f$ L' Q3 m/ L

5 H/ w, @3 w; N9 W2 h; C0 k; b, g

手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

    

    2.5焊接次序

    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。 0 u( S. O( s, x" i5 `" o$ v

    3焊接 9 p c6 Y1 l5 D2 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。 : V3 P5 Q' J9 ?3 \4 m7 Y9 Z

    3.1裂纹处焊接准备

    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。 x3 \6 X. `& R) f0 N

    3.2断块处焊接准备

    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。

    3.3焊接 d$ r8 X) L& k7 I

    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。 ) E( i n' g5 T; V* [

    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。 ' y( c' O" u! D( f* q! d4 }4 T

    2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。

    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。

    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。

    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。 : v6 m2 r6 \3 g; D6 G

    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。 ) o9 m% h4 o0 G

    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。