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。 9 z) e( A, @' r: j, f 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 1.1小齿轮座的断裂情况 $ Y( |/ c7 E, r6 ^& W2 `- M 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)。 4 @# m& l8 s7 P1 a8 i# J- \# J- C 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。

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$ p+ I+ A7 k& B0 q+ d9 |$ J0 \ " i( e0 E: J& Z9 l, B% l# y8 Q图1 底板断裂示意图 h' U- I- c( b! G v. G) ~

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, t8 v; ~: C" S. H) b' X! S( z ) }. i. u8 `: ?* W; [图2 裂口位置 2 R( p6 J7 d+ y+ F' M: [! Y 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。 / r; }' @; @" R% w$ Q9 d 2修复方案选择 % K: U/ F4 l5 w# ~, Z, H 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 6 J. i9 V7 X* ]5 [2 I, u' E 2.1材料的技术性能参数 1)HT15233的化学成分见表1。 3 F& P/ f9 d1 G9 `" W6 s5 p2 |# G 1化学成分% 1 J) E1 A' Q, ] ( _: [7 q$ t' h( Y

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 4 K: T$ o+ O/ D2 P2 D3 h 5 B* K+ j1 v, } & ]: Z$ I/ s9 z" |7 b( b 2)HT15233r的性能参数见表2。 / S+ b$ _7 ]* X " S5 z0 g/ d2 S; @: A$ d9 H 2性能参数 4 O/ F E; M! o. w ' y. ]- k" [, H$ c# j % b& t& l# C3 {- K 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 1 d, q! r% W5 K5 A * P1 I b& J$ k; h点击此处查看全部新闻图片 * a. p% w5 F% V: B& G9 N 3 p1 J5 H, `7 X5 k6 J5 p; j 2.2铁的可焊性分析 7 W6 \) j2 p) W2 P7 [ 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: " p. ]! @+ R0 S6 ~( c1 d! I 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。 : B6 Q6 g$ g! Q 1 K. v7 F T- z! Q" \/ w 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。 : f8 D( O% P/ @- l3 C" \ 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。 - }$ d9 r: `0 |6 l 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。 " P8 J- k# B( Q1 w9 f 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。 $ }5 m* \2 |% s B. }7 V: c 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。 2 S0 s, Q/ Q( `( y( z0 C 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。 : b% X) [% I+ d% J2 G, M( [- I 2.3焊接方法的选择 2 Z1 c1 h; { y9 I) z. i6 A6 S; ` 8 j% d! M& {, `( {) ~7 H2 r 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。 & ?8 o1 z7 P: X9 F( Y2 d" V8 w: f% b1 X 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。 7 u7 w. g, M$ F/ ?7 Q0 t# J, _8 D 2.4焊接材料的选择 G* K: g( u& ?8 p3 ~9 v 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。 # v- P4 R5 Y3 _: B Z308焊条的机械性能见表3。 5 W1 B0 R- x' A8 F6 P 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 # k5 r; b/ \- [: K# C8 K 点击此处查看全部新闻图片 0 o6 j0 ?; S" } i" u 2.5焊接次序 ! L- x. e; r( Y: S6 _0 O7 @ 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 ' v) B' T% a* ]+ L, b. i 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。 5 F" E. F+ y+ }/ i5 S 7 }: @# O& d! Y E% P) t- l 3焊接 ! d2 H1 m* A5 { W- u. U1 W # F# e3 s# |! `6 B9 f N! C$ C 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。 ) M; G) D+ l' q1 G( c+ J 3.1裂纹处焊接准备 6 {! H; ?. W8 M1 I. n9 u 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。 ; Z( H& `. s8 |* L 3.2断块处焊接准备 " F6 b8 S5 P1 e! L0 o3 Q$ [ 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。 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。 % e% ]0 A* c3 H$ ^ 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。 , _; B1 o" L$ U( f0 S; g 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 0 s- j& N: g' u" C) \* J3 U! m# T; 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。 . e6 H6 R0 m4 N/ w1 T' V {1 B/ t / }7 Z% ~# w# l- { 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。 % J! K% ?& m, _% 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 L" u) ]: j6 N% ~2 h4 T 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。