手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

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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。
2 M& Z6 I' C% n4 Q/ b3 c2 y　　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。
0 o* X+ r, @( H0 L$ @; Q2 k1　缺陷情况及失效分析
5 R( S" {& X' X2 E1.1 小齿轮座的断裂情况
; v/ h! w0 I+ Y. v; W$ a0 E3 [  y　　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270 mm×250 mm×70 mm,断口尺寸270 mm×(100 mm～130 mm) 。
2) 底板断裂一处,见图1 ,已裂透。
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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。
. t8 v+ Z* u$ C2 修复方案选择
　　根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。
" @  O; u" ?7 `' M1 z; i! j. h5 L/ `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%

　 2) HT15233r 的性能参数见表2 。
; ^1 I3 y# f3 r, f0 q& _7 o　　　　　　2 　性能参数

2.2 　铁的可焊性分析
4 b9 R1 K+ C4 p0 C  w　 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。
　　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。
5 y8 ^  R5 O7 f　　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。
& c2 X& m0 W+ J2 ^: O9 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。
4 e$ g) P0 k) n' r/ O8 ~) O) e2 y' m+ {　　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 y+ G4 I0 M1 ?7 E5 ^$ a　　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。
( K' V- l! F; H% f5 _- L( r" 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。
  h; ~+ r2 N9 T4 T' s. j2.3 　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。
% r7 x  r8 K9 T4 a4 ~　　小齿轮座的重量为1. 74 t ,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。
  L" ]% r% E: z% V4 w$ g2.4 　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 。

2. 5 　焊接次序
; S* y8 v6 h- T7 K6 Y　 1) 裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。
0 x* ^, @* X& M5 B; O2 d) R　 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
" m( T$ }& _9 n* \6 m# b! N! v: w　　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。
( s$ Y+ f% q( j' Q4 r! j2 ^  ~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。
3.2 断块处焊接准备
: [" k, h  F5 Q/ ^% B　　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。
* E7 n; \! U5 P4 K3. 3 　焊接
# G- i% A0 e/ P　　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。
3 _4 y$ o5 B! T# h/ [　　1) 焊接前,Z308 焊条要150 ℃烘干1 h ,J507 要250 ℃烘干2 h ,烘干后放入保温桶中保温,随用随取。
. W% I9 d2 @$ @$ \( ?. [! E$ ?* \　　2) 每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。
; K+ u) I# c8 J% ?4 {; \& s6 p　　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30 mm ,收弧时要填满弧坑。
* K$ d  t$ ]& t% m% D% ]& w　　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。
: \8 J( D: p8 n7 G6 Q, ?, ?, _9 P　　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。
8 z% V1 X0 }0 b3 P8 [5 L7 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。
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