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。 " y" `% l$ @+ l/ l/ _5 Z# n . l1 d9 i" P& o% S8 V; n- E. Y& c8 D* @ 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。 ) I! a, d$ O$ w' P$ ]" m5 q 1缺陷情况及失效分析 # X# d& J0 R+ A% y, J9 N- ]) y) o 8 g8 m3 r3 [8 ]2 k2 J 1.1小齿轮座的断裂情况 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)。 $ \* F! S1 }5 V( O 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 # I$ l8 T# n: P2 { ; g0 a8 @$ U" H9 n: y' A* t

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* Q3 _' i* s* \# w( I图1 底板断裂示意图 + s; c* ]1 ?2 _' }

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, r* U' y' I; o. y, i, Q 图2 裂口位置 6 y+ f* O' P9 Z; v: Z6 U7 t . {/ @8 T- G: m5 g) X 1.2失效分析 , z* N r. p4 a, A! L P5 h+ S + b5 I/ L& k% Y 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。 4 b" X3 n' D0 a+ L7 K4 Y" @/ c- o 2修复方案选择 ( j2 p6 c }5 @, k/ \/ l; B & f. J" q# g& P v S9 R 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 $ O' a" M8 Z: {6 E 2.1材料的技术性能参数 1)HT15233的化学成分见表1。 - P U, O5 {( b. H% ~ . T9 A% V) s5 p N' E# }0 X4 V! E7 O 1化学成分% . n- a* q1 d4 M

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+ |6 u$ Z$ J) h* w! X! \. `# v手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 + \, Y3 c" X: E7 E- r , g7 d6 j9 E7 y& o+ } 2)HT15233r的性能参数见表2。 2性能参数 8 }4 S" W2 P" d" R9 Y# i/ G 6 ?1 m5 `$ u% L+ [& s8 { 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 7 p* ~5 Z; i( Q7 M点击此处查看全部新闻图片 , u) |( r3 I& [9 k , g! y0 O! |0 Y$ d9 n " |/ }( V% A& X' p& }9 \9 R+ ] 2.2铁的可焊性分析 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: . z2 C- t1 K" z! b2 t1 ]. [ 9 K M" I) b6 K$ }; u E# B7 ]- a! f 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。 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。 ! @! L8 W9 f/ O) o " i) P0 A1 y" u 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。 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。 0 G* a8 V: [1 ?( w& G1 l. o/ ^ 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。 4 Y& r1 e- m6 J, ?# }1 X 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。 / Y& D! J; H* I! r0 y 2.3焊接方法的选择 1 P; Y a: [" f! J3 R0 l / x6 J$ {" h K9 W% q W/ ^* M 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。 2.4焊接材料的选择 $ z0 r' U9 d8 ` K( F3 h9 q4 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。 + f: }& `% ^$ B" ^7 g % s9 @/ n! D# e& ~6 l Z308焊条的机械性能见表3。 1 c1 K9 _; J9 ~9 X) |& b 1 r+ `6 B, b. d& z K! V4 U: [ Z# V& Y% |- {7 F+ i! t2 T手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 , \" {1 q- A* {) _2 r. L8 x' J 点击此处查看全部新闻图片 7 W5 n( r2 O9 q- {. R 3 \1 k( _; [/ v4 P* K6 C8 | + y! l0 | T. k' M1 z8 W 2.5焊接次序 & Z; I+ ^: S2 p4 O" F ! _# C; o2 ]. K* m0 o! | 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 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 1 K+ v9 Y8 H2 p5 b+ m7 w# E 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。 7 h* T( ]5 E- ^8 z* h 3.2断块处焊接准备 5 b! l; Z$ H) J% Y1 m- |0 H f 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。 s" U: S$ [) {- M8 p( G( D1 z 3.3焊接 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。 , {, z5 a. W$ s7 N2 K$ g( X 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: H/ |6 F$ \: [- d# P7 ^& O 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 8 X" o5 G7 r3 H5 y P 0 c" f0 _( b3 n$ q3 s9 m 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。 8 y/ t" r+ U: n" g0 o+ z% D: x" A 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。 1 q; t# N7 K( g0 y; h' @ : y! H3 B- _2 i( j 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。 - B! i9 N* D) C % c/ a9 b a; f; k4 Y4 @3 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。 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。