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。 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。 1缺陷情况及失效分析 , J8 z0 U1 n5 ^. R 1 Y# ^3 I- p# W5 M' R( W 1.1小齿轮座的断裂情况 ) N5 A2 \; g2 k' P5 I) I . r, Y( `$ h$ }+ v4 e+ w 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)。 3 B" T- \6 Q8 c1 z3 i% e& P: a 9 q2 p5 n2 l2 R8 u. P% p 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 1 ~% n* o% y$ L* f `1 a. t

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* J+ s$ N) ?. [& y8 f2 F ! g% F% x9 q6 y7 h4 Y图1 底板断裂示意图 $ @% i" T" W4 [4 {

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1 e% o7 U# x" Y7 j C8 ^ , j1 n1 I" F5 R7 v$ p) d+ S图2 裂口位置 1 c. H$ y+ i$ q' b7 o% w 1.2失效分析 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。 : ]6 X% A& a, \* h! |& u 2修复方案选择 8 j+ z* U5 T! P: X, J) G# J7 m. K % z: v& O3 c' V5 E4 H 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 3 d, @3 R" i# y 2.1材料的技术性能参数 # ]: ?8 G4 B/ a( V3 h0 C 1)HT15233的化学成分见表1。 6 P" ]* G8 [, U+ K 7 i J. ^2 ~% a* V 1化学成分% / Q- z# Z1 V, ]$ c3 t 2 U" l m \" ^! a: E$ W

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 , e3 ~6 K4 K( o' v + n* C7 v9 L* {+ |& w# m - |( z& |) Q' k5 v& c! O0 ^2 | 2)HT15233r的性能参数见表2。 ( B, V4 L$ f1 r % q- p3 C4 B9 W9 } 2性能参数 - r" [1 \5 Y8 g3 K# g' u 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 点击此处查看全部新闻图片 7 [% V+ n1 M2 X. }* z 2.2铁的可焊性分析 % t* P: L& Y1 a) ^8 B& |0 f ' C8 D: `7 M; I/ C 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。 # k2 Y, a* t5 i9 N2 S$ T 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。 2 r! ^0 [9 ?8 }4 _ 2 X* b/ M* i* p9 K* h/ `) v 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)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。 1 w; I M) n# V- u) | 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。 + V# a. B: t, J Z" @- ~& N* ~ 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。 ! p4 b& p7 \( c e, T5 y: ~5 y, ? 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 8 [2 y1 t: U7 B( D w 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。 + k" m6 @ x& v6 K6 B+ A 6 S; z# R0 X8 V1 f% |2 V* N 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。 # C/ Y* J4 ^+ y5 ?! n% n 2.4焊接材料的选择 ; \ R! e$ a% T" ~! f# F5 [5 Q : n/ m3 F" w3 E4 Z$ `1 `6 a! a5 ~7 I 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。 8 B' z9 e) ?! j- L/ K Z308焊条的机械性能见表3。 5 Z( }4 h) D2 R% E( K* q $ V% ]$ _9 U0 b0 _$ m% o # L/ @2 U+ X! l7 g2 h. R手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 & ?$ B7 z2 Q" b+ {, J / @3 F1 e% h3 \点击此处查看全部新闻图片 9 r: i7 | u, y! l 2.5焊接次序 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 0 r! t6 X1 d) K2 M6 [: x5 E 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。 / x) f5 V6 Y+ g- F- J% {9 X / K2 i- t7 ?' L 3焊接 & f* s8 l2 x6 Z- P' M5 x 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。 ' B2 Q L5 K: A* D; @ 3.1裂纹处焊接准备 + R1 b; J6 t6 Z6 q; p; p/ C( O; D 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。 2 d5 J% ^! y7 Z5 ~: c& L9 o2 V 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。 7 f' L# n& a# ? 3.3焊接 : ?5 e& w# O5 i9 o$ c0 K 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。 - ^8 r4 Q/ W1 {0 B" f . @) Y1 j) A+ ]- 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。 5 @9 m% |1 t) A/ |5 x9 p: C 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 ) L0 f/ V9 x+ o- {- n9 c' E5 N 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。 $ ?" ]9 z# T( b( ?$ K, f $ J( V: _+ j3 ^" { 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。 4 s/ v& N6 ^/ s% [; R! V 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。 . j( X0 g, H# @$ o" ~3 X 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。 4 g" E+ x" }# e5 G 7 R( ]! c7 i+ Y 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。