电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺(图)

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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。

   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。 + g" y! i5 F$ {& ?

    1缺陷情况及失效分析 ' v; Q" g9 e: ]9 G' t

    1.1小齿轮座的断裂情况 5 V3 E6 u- ]2 [! D( \

    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)。

    2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 & n# Q( o- ]5 \6 H5 f- Y

图1 底板断裂示意图

 

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图2 裂口位置

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    1.2失效分析 2 Q3 I' _. ~, |2 e7 k* m

    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。 ; A& C/ F. k. o: ]) A" `2 r7 Y

    2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。 0 B8 ~! O% a. s# `+ L' M4 B

    2.1材料的技术性能参数

    1)HT15233的化学成分见表1。 + r7 G* \0 e c' g( M' `

    1化学成分%    

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

 

    2)HT15233r的性能参数见表2。

    2性能参数 5 K/ y9 |, y- W0 ] e, i3 S% K6 H( G9 s

手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

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    2.2铁的可焊性分析

    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。 & b, b9 d: d) J" l! ~+ h0 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。

    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。 8 U' p$ D0 Q) ]- p( ^& m6 e

    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。 * v1 Z' m& I' Q7 _" ]+ R# k$ K( x5 Z

    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。 # K( I7 U7 B1 m4 R0 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。 5 V/ S- O: Y4 y" X% `% m+ \4 c

    2.3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。

    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。 ( k: }: z* Y d; x- v

    2.4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。

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

    

    2.5焊接次序

    1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。

    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。 - w8 ]: v3 v# B

    3焊接 " D3 Q, g. I- c$ F& ?

    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。 0 V! H. s& F, g' x& G. W9 T

    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

    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。 , Q5 k8 F' x/ h$ I- ^8 \8 r3 z

    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。

    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。 9 K# r3 W( a$ \

    2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 ! Z% Q; r% A& o0 {

    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。 & H) i: A: W3 h2 i. d1 x

    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。 & S, T0 O6 D: \. `& h: [. ?4 p- ?

    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。