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 v6 y& u7 R8 c/ t1 Q3 w+ z0 ` 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。 6 A9 k, G1 H% I- y, R* i! I 1缺陷情况及失效分析 9 M8 T! `# Y8 U& _1 c) E6 f ' b u2 m; }8 P) I: S8 D* d 1.1小齿轮座的断裂情况 2 D3 u( w. t0 b; H h. C 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 u; |* z* y% N" c + d+ {6 A9 E9 t! H, a. i 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。

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1 K% x! C# T3 p 图1 底板断裂示意图 + x. l( C9 y: ~. |. w) Q & V# ~ S( n! q0 U8 U5 S

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图2 裂口位置 6 u. N( A1 o- I# q% ] # v; i+ J p1 {; f 1.2失效分析 " s- w$ U+ B0 q1 v o 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。 9 L4 V' D, T8 P( }2 u/ R 2修复方案选择 . a+ D5 w- `) b' U- Q1 u2 d' d 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 $ W3 Y# b3 P- D 2.1材料的技术性能参数 1)HT15233的化学成分见表1。 ' d1 d* w2 v% b# G9 L! q 1化学成分% ' Q! v8 l3 S* ~4 A7 ^

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 + E! g6 \0 m+ U3 D 2 s W4 J; I2 o; z' g- J$ H 0 X# d/ l2 b. K9 F: L/ I& a 2)HT15233r的性能参数见表2。 5 l& n2 Z S+ B( u8 }3 X 2性能参数 ! k, n6 }/ M% h" [* ` 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 6 B1 L f6 _4 r. W5 K+ x- U1 @& v点击此处查看全部新闻图片 8 _% D; y: b; P; o! m( d% Z* O$ B 5 h; |: G4 j) d J- B 2.2铁的可焊性分析 ' A% c1 c7 c% O6 [% z 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: 9 i5 }/ V) ^% K# r" b3 z 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。 ) ^" E& I2 Z% R, S+ O1 M 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。 ' J/ Y' d G1 u % l* `! L+ r9 e, ] 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。 + e9 Z' r$ s5 n6 K/ n 5 E/ N1 t- K' F% n: ^ k; q- Z2 Y" ]' b 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。 ( t" Z0 ~' E/ B- e( o p6 q 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。 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 / F/ d# j' \ v) U , }% p3 r; Q& o# e/ X8 Q9 Z 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。 ; t3 g0 `/ o1 {3 y5 } : c* ~/ B" q3 d9 o# _ 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 / m$ U, ^1 A7 l) ? ( D. B. X" K/ R; m 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。 # H2 F( y) n* w0 T4 r ; e/ R" `$ y k* N* u Z308焊条的机械性能见表3。 # Q; }8 B1 B N! e * a8 y! o; n. x" o, H& N: v / J; j7 c0 J# R) b/ h' ^手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 ' ~! j2 }7 w9 H$ g+ r 点击此处查看全部新闻图片 9 s$ d( H; S; r& J 2.5焊接次序 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 ; r- n4 J& o" j5 K# e: { H/ C # N+ l, G0 S3 b+ a& L" ]0 a9 T 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 # C3 w8 ~% E8 @" p 4 s8 w5 a" n- I) c* N0 V* r2 a 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 / [5 ?" u9 u8 k! \4 K9 U Q- s 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。 3.2断块处焊接准备 6 R/ {6 I1 o: P7 ?3 { 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。 : d8 b( T. y/ e ) _3 i& t8 u8 |) [ 3.3焊接 ! @8 d& ~2 z8 l; k. o 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。 - s- S: P3 U0 P8 Y( ? 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。 ' T7 B! p+ y5 u6 [ 9 a& h3 l- \' d$ B: h; K 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 ' J8 |) ?) V- D& q- r. T- _ 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。 0 {3 |7 I* v- M1 L- A) K 4 o0 s; S. f6 y4 y/ j. I4 C i6 @ 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。 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 f8 x6 N% _$ \9 u 4 H. k4 ?, V, n. Z( N 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。