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。 $ T1 u0 f% N$ `7 i 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。 5 h# H% q* ?/ e u $ V3 J0 r4 u* {4 u+ ~ 1缺陷情况及失效分析 + }& _3 [) E2 a : N' i- d+ ^+ w- t9 o. U6 f7 I 1.1小齿轮座的断裂情况 # j3 p' U) t+ P : u; c& q; Z+ M+ \) `; m9 ~+ X8 A; Q 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)。 ) B6 f4 T3 c* P' B7 ?' m 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 ; M# r& L `! K1 Z1 G

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6 o5 u* h# s; _& A5 }! B! R ) e; j3 O. l# _0 p' J7 I 图1 底板断裂示意图

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) ~2 k6 y) m; n" y* A图2 裂口位置 / Q$ Q) Z& \8 Y1 M) L * j+ C! D5 B v m, d- u5 e 1.2失效分析 2 i# v5 c* X p, q - `) W2 P; D/ h7 N. P 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 f) |, C) l/ Z% C4 _( ^/ Z1 f$ P3 d 2修复方案选择 ) `1 d" W+ ]4 a" `3 X+ U 9 ], F: P- V0 } D) S6 E9 g 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 / y& F; W6 e" P* {1 ? 0 }4 N: \/ g8 | 2.1材料的技术性能参数 + t- C* x+ F9 u " A0 u) F7 o1 v) W0 Q/ T 1)HT15233的化学成分见表1。 ) S; D( C7 n6 z D/ M8 V" w 1化学成分% " x. L5 Z. ?! u5 Z2 F

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4 v8 ]% ]- J( M/ R& H2 o7 m& K手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 8 v8 w* z l1 w0 p+ F' y 2)HT15233r的性能参数见表2。 7 v/ ^; k! H6 q6 c* Z6 Z" l 2性能参数 " r) w4 w4 U0 K* x 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 : {" b( r" z, `- u* D3 F$ ~ 点击此处查看全部新闻图片 ' ~! e- F: I6 | 1 K$ W% L1 C/ F2 m8 G( E* e/ q 5 T' b, F# t+ r/ ^4 K$ I 2.2铁的可焊性分析 + \5 H* I9 a& V' f7 E 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 h+ [' v# q/ N- \7 [2 J 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。 7 ?2 M* G5 O. U6 S N7 u 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。 8 [& D8 i. G5 } ^ 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 |5 C1 N" a& s8 ~" L0 J4 y 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 X: D! Y K7 H& n2 X 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。 3 o+ k! X- W2 G% j" q& I 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。 ! O% g& y0 o9 T% @ _' N" 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。 2.3焊接方法的选择 2 N7 A. s( f4 w' ], ?/ O 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。 f8 }' A2 W8 F- f* p* I" z( D 2.4焊接材料的选择 - @( f4 X4 [4 ?/ Q" k' t 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。 1 T+ d& `9 A. r " {8 j' H* n4 I+ ~3 q6 X Z308焊条的机械性能见表3。 ( R9 s0 r2 t8 d/ S7 H; D& U! w 3 c5 F+ \ v/ ~( j/ ~/ _ N# w手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 . A# N5 u& Z" e* F+ J/ ? B7 t: h$ }5 V/ Y% c, G点击此处查看全部新闻图片 % i. n9 l! _& R" a ` % c7 Z. r) U) R; w8 O 2.5焊接次序 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 # Q4 ~$ A+ k/ t/ s0 w. f- V 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。 % E" X% _' v2 C* t" q ^, t( b# l 3焊接 9 b" ~' u" w) M, b X8 x/ B! [ 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。 . u/ u7 A9 B& } K6 U/ h! ` : B) Y u J9 I9 M+ r 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。 ! ~/ Y8 e9 o" V" w+ d 3.2断块处焊接准备 3 [6 i: T* W- }# k5 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。 3.3焊接 / \+ B+ e v3 c( i7 l @; b 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。 9 m) V; b7 v3 L% c 2 C1 z- L4 T1 ]9 I. `+ ?' t4 Q 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。 * O: l s0 a8 A- Q6 m 3 ^$ q9 J0 I8 e% N 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 2 D1 r8 \# O$ d2 w' i & q4 t2 x p/ \& R9 u6 ~, q2 ~9 U 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。 $ q% ^4 r, x+ v 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。 & t- W/ w" R8 k9 F( f* E2 ~ 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。 2 L O+ [7 H: A 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。