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 9 |% |$ \" v. ^+ f 1.1小齿轮座的断裂情况 7 ~$ i. Y7 h! Y0 q# 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)。 ! \* @* D6 ?4 y ?8 i6 l + }! B6 p- d- d 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 4 u+ Z* ^+ w) @$ l, g5 d2 o

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% F, I0 v" ]3 V( ?" v4 z4 j% B : {* h" T4 d q& V8 Y* m 图1 底板断裂示意图 ; B# G i! L, u" P 6 Y7 w% m& ~ t& r Y+ z% z9 q

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~$ F( Z2 }) d: E# e1 _' m4 o, Q / }( k+ Y8 z% q9 }- N' o6 s: v图2 裂口位置 1.2失效分析 2 d5 m' n8 g; D& F8 c1 i- R1 i . f) @: I+ `. u5 V' X9 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。 0 j4 _7 v6 r/ c 2修复方案选择 3 c# f" [: Y( N {& [ 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 ( I5 r8 J% m$ v* z' l5 d 1)HT15233的化学成分见表1。 , p' ]2 `; e9 M0 q* G1 P 0 e3 p9 J7 T1 a 1化学成分% , [2 y: a6 V* [9 Z7 G $ `6 x2 n( T0 P2 H+ M% f

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8 Y3 l6 a9 G: ]: [ v" } 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 ( l7 E- g( W& i! M" ]) N% x+ }0 x* f! b5 s9 F . n1 v; y4 e! E3 F # x- O. b: V5 |* ?/ r6 y$ N$ g" ? 2)HT15233r的性能参数见表2。 " f8 p+ X6 @% l( P5 p5 Y 2性能参数 + s1 w4 b; ^3 N 1 f5 r/ D* q1 Y, j2 r8 V( B 6 V, _" f- R9 f$ ~. Q手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 * W/ Y( @; ~( O6 L点击此处查看全部新闻图片 7 a: N5 M! Y/ F ( I+ Q3 J* V$ { ( J7 A7 A4 k) m2 Y- b3 l k 2.2铁的可焊性分析 / D$ p* D# V! K* X- c. |; { z 9 N# [. Q3 n; k: [' x- S 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: ( ]; y( c: N) @; u' O/ w0 k$ P, P t6 D$ ?3 X9 T. ?; t7 E+ g 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 W0 b2 _1 u, i% P6 h 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。 1 s! ^7 F7 A! l6 \/ n% q 8 P+ h, J$ P0 @% T# F5 F/ N9 Y! @0 k 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。 " L( P0 v! b* d" 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。 - `9 d9 V$ v$ K! Z# \0 d, r. B% M : [& V7 u4 Y% ]! h$ j6 ?6 H 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。 . T: Z+ A) ~1 i 8 Q. s g4 s. v/ P b! B" o 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 C- V+ n# C( b: C0 Q 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。 ( R/ }; ^/ \) E1 O8 F7 z 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 ) l* X6 X o- b% z3 U $ k- U' k1 Q' ~ X5 d7 |% y 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。 $ Y' @2 f$ _) T; @4 [: { Z308焊条的机械性能见表3。 ) @8 b' H# R7 M: e0 ?3 K ?) b! Q; \5 i 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 . ~$ r/ U7 ?) f 点击此处查看全部新闻图片 6 K9 }! n1 }' Y, X: e 0 a1 ^6 O& R5 y; f- q ; f0 O, _+ I5 B- G1 p7 e& S 2.5焊接次序 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 1 R$ B3 d6 _( e+ L 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。 ; M" Z( r! r0 o+ v }/ k0 @. T 3焊接 3 V- F1 }# U% S" u7 J 7 A. ~5 `/ u- I( w" 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。 9 W* S/ k. E$ G; v; ? & h, o! \3 @; G' Y+ c: U0 X 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。 % s( J) C+ m' M$ d) R# h' { 3.2断块处焊接准备 " l' Z3 j0 C9 |" ]* U 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。 ! g4 E9 h) N2 z: }9 D1 X# D" Y. a 3.3焊接 0 w/ r. }# M# X' {2 p% i ' K; A! E6 Z8 a/ a 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。 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。 * L6 s4 `3 j: _% W7 @ 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 3 ^( V: ]( U. X! A2 c 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 n+ Y7 v5 M' y7 O) C & I; N3 q& g4 u. y. h* a& {+ 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。 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。 - K$ c* A% ?2 }0 }- Z6 I: U6 P% e4 ~% S / ?( N) P/ @0 z 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。 ! \& A9 ?0 [1 G$ Q; H+ D W2 r 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。