張占德,盧玉澎,楊 磊

(唐山三友化工股份公司 制修分公司,河北 唐山 063305)

蒸汽煅燒爐擋輪軸堆焊修復(fù)

張占德,盧玉澎,楊 磊

(唐山三友化工股份公司 制修分公司,河北 唐山 063305)

通過45鋼的焊接性能分析,制定了合理的焊接工藝,成功地堆焊修復(fù)了蒸汽煅燒爐擋輪軸。

擋輪軸;堆焊修復(fù)

1 概 況

擋輪是蒸汽煅燒爐系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件,位于固定端滾圈的前后側(cè)面。擋輪軸長期承受彎矩和轉(zhuǎn)矩,軸頸及軸肩嚴(yán)重磨損,表面出現(xiàn)剝落、凹坑,局部存在條形溝槽刮痕,嚴(yán)重影響生產(chǎn)使用,決定對其進(jìn)行修復(fù)。圖1為擋輪結(jié)構(gòu)圖。

擋輪軸長693.5 mm,重231 kg,軸頸及軸心處有直徑8 mm油孔(見圖2)。修復(fù)方案分為兩步:首先對其磨損的軸頸(φ200)、軸肩(φ220)表面進(jìn)行堆焊,再通過機(jī)械加工的方式恢復(fù)其形狀尺寸及表面精度,從而達(dá)到設(shè)計(jì)、使用要求。

圖1 擋輪結(jié)構(gòu)圖

圖2 擋輪軸簡圖

2 擋輪軸材質(zhì)焊接性能分析

擋輪軸材質(zhì)為45鋼,屬于中碳鋼,經(jīng)正火處理。其化學(xué)成分及機(jī)械性能如表1所示:

表1 45鋼化學(xué)成分及機(jī)械性能

根據(jù)碳鋼常用的碳當(dāng)量計(jì)算公式:

可計(jì)算出45鋼的碳當(dāng)量:

由計(jì)算結(jié)果可知45鋼含碳量高,淬硬傾向大,焊接性能差。焊接時(shí)主要問題有:

1)容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔和熱裂紋:焊接時(shí),相當(dāng)數(shù)量母材會熔化進(jìn)入焊縫,使其含碳量增高,凝固溫度區(qū)間增加,偏析現(xiàn)象隨之增大,產(chǎn)生熱裂紋的傾向也增大。由于焊縫金屬含碳量較大,產(chǎn)生CO氣孔的可能性也增大。

2)容易在熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋:45鋼焊接時(shí),在熱影響區(qū)產(chǎn)生塑性很低的淬硬組織,碳當(dāng)量越高,淬硬傾向越大,當(dāng)零件厚度、剛性較大時(shí),在熱影響區(qū)易產(chǎn)生冷裂紋,當(dāng)焊縫金屬含碳量較高時(shí),也可能產(chǎn)生冷裂紋。

針對以上分析結(jié)果,在制定焊接工藝時(shí),必須考慮合理的焊前預(yù)熱溫度、方法,盡量防止金屬元素的滲透稀釋,保證堆焊質(zhì)量。

3 焊接工藝的制定、實(shí)施

3.1 焊接方法及焊接材料的選擇

選擇焊接方法的原則是減小輸入熱量,減少母材金屬熔入量,根據(jù)車間實(shí)際情況,選用手工電弧焊,其特點(diǎn)是操作方便、靈活,不受工件形狀及焊接位置的限制,容易控制較小的熔合比。

焊接材料選用J507碳鋼焊條,主要考慮到提高抗裂性以及與母材金屬的等強(qiáng)性兩點(diǎn)。J507屬于低氫鈉型堿性焊條,抗冷冽和抗熱裂性能較好,焊縫金屬的力學(xué)性能符合等強(qiáng)度要求,可以達(dá)到理想的焊接效果,其化學(xué)成分及焊縫金屬機(jī)械性能如表2所示。

表2 J507焊條主要化學(xué)成分及焊縫金屬機(jī)械性能

3.2 焊接工藝參數(shù)

焊接方法為對稱平行式焊接,分兩層堆焊;第一層輸入較小線能量,盡量防止金屬元素的滲透稀釋,具體工藝參數(shù)如表3所示。

表3 擋輪軸堆焊焊接工藝參數(shù)

3.3 實(shí)施方法

1)焊前準(zhǔn)備

首先用汽油、丙酮等溶劑清除擋輪軸表面的油污、銹跡,檢查處理剝落、刮痕等缺陷(可以使用碳弧氣刨將磨損處碎鐵屑清除干凈)。用炭棒填塞油孔,用濕布將堆焊鄰近部位表面包好防止飛濺,將工件用V型鐵支撐,水平放置。

2)預(yù)熱

用氧—乙炔焰對施焊部位進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度200℃,時(shí)間1～1.5 h。

3)焊接

將擋輪軸沿周向均分為8等分,按順序?qū)ΨQ焊接,采用直流反接電源,小電流、快焊速。直線焊不超過40 mm,前后焊道以重疊1/3～1/2為宜,施焊方式及順序如圖3所示,施焊過程中,不允許在軸面上引弧,每次熄弧后,必須徹底清除焊渣,并用小錘敲擊焊縫,消除焊接應(yīng)力,待工件冷卻到<30℃時(shí)再施焊;在保留2～3 mm加工余量的基礎(chǔ)上焊接層厚度應(yīng)達(dá)到6～8 mm。

圖3 對稱平行式堆焊方法

4 檢 驗(yàn)

擋輪軸焊接完畢,整體冷卻至常溫,對軸頸、軸肩等焊接部位進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)。檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)母材與堆焊層金屬結(jié)合良好,焊層表面無裂紋、剝離。去除填充碳棒,按設(shè)計(jì)要對擋輪軸進(jìn)行機(jī)械加工,車削過程中未發(fā)現(xiàn)堆焊層存在夾渣、氣孔、裂紋等缺陷,完全滿足使用要求。

5 結(jié) 論

1)擋輪軸的堆焊修復(fù)部位在軸端,削弱了焊接過程中的焊接應(yīng)力與焊接變形;通過減小輸入熱量(小電流焊接),在軸的完好部位包裹濕布降溫的方法,進(jìn)一步防止了軸的整體性退火,投入使用后效果良好。

2)堆焊后的擋輪軸至少能使用一個(gè)大修期,有的壽命更長,修復(fù)成本也遠(yuǎn)低于新品的購置費(fèi)用,達(dá)到了修舊利廢、節(jié)約成本的目的,值得在以后的工作中進(jìn)一步推廣。

[1] 劉家發(fā).焊工手冊—手工焊接與切割[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,308～310

[2] 陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1199～1202

[3] 國家機(jī)械工業(yè)委員會.焊接材料產(chǎn)品樣本[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,122～123

TQ 114.15

B

1005-8370(2010)04—35—03

2010-04-16

張占德(1983—),2007年畢業(yè)于河北科技大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè),現(xiàn)任唐山三友化工股份公司制修分公司技術(shù)員,助理工程師。