中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)股份公司金屬結(jié)構(gòu)分廠 （黑龍江省齊齊哈爾 161042） 李文俊

我公司加工車間在加工某產(chǎn)品齒套時(shí)，因加工錯(cuò)誤，造成內(nèi)花鍵與中心孔存在偏心，導(dǎo)致部分內(nèi)花鍵側(cè)面缺量（最大約2mm）。由于產(chǎn)品各部套已進(jìn)入總裝，且交貨期已臨近，因此決定在保證使用性能前提下進(jìn)行修復(fù)。

因?yàn)辇X套已精加工完成，經(jīng)過(guò)研究，先在加工車間的機(jī)床上檢查各部尺寸，將不符的部位利用記號(hào)筆做好標(biāo)記，并標(biāo)明缺加工量的厚度。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，除內(nèi)花鍵槽側(cè)面（見(jiàn)附圖）有4處缺加工量外，其余各部尺寸都在公差范圍內(nèi)，加工缺陷面積為60mm×400mm，缺加工量為1~2mm不等。

內(nèi)花鍵槽結(jié)構(gòu)

1. 焊接性分析

齒套的材質(zhì)為40CrNiMoA，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 40CrNiMoA化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

從表1可看出，40CrNiMoA屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，鋼中的含碳量較高，并加入合金元素Si、Mn、Cr、Mo、Ni等，以保證鋼的淬透性，消除回火脆性，再通過(guò)調(diào)質(zhì)處理獲得良好的綜合性能。因此，其性能特點(diǎn)是具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的淬透性，并有抗過(guò)熱的穩(wěn)定性。

由于40CrNiMoA含碳量高、合金元素多、鋼的淬硬傾向大，Ms點(diǎn)又低，因而在淬火區(qū)產(chǎn)生大量淬硬的馬氏體，導(dǎo)致嚴(yán)重脆化。焊接前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼材時(shí)，熱影向區(qū)被加熱到超過(guò)調(diào)質(zhì)處理的回火溫度區(qū)域，將出現(xiàn)強(qiáng)度、硬度低于母材的軟化區(qū)，如果焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，該軟化區(qū)可能成為降低補(bǔ)焊區(qū)強(qiáng)度的薄弱區(qū)。

由于40CrNiMoA焊接時(shí)近縫區(qū)容易出現(xiàn)脆硬的馬氏體組織，增大了補(bǔ)焊區(qū)的冷裂傾向，為了提高抗裂性，應(yīng)盡量降低補(bǔ)焊區(qū)的含氫量，并采用焊前預(yù)熱和焊后及時(shí)熱處理。因中碳調(diào)質(zhì)鋼的碳及合金元素含量高，焊縫凝固結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶溫度區(qū)間大，偏析傾向也較大，焊接時(shí)具有較大的熱裂紋敏感性。為了防止產(chǎn)生熱裂紋，要求采用低碳焊絲，嚴(yán)格限制母材及焊絲中的硫、磷含量，在焊接工藝上應(yīng)采用熱量集中的焊接方法和小的焊接熱輸入，并注意避免焊件表面的焊接缺陷和劃傷。

2. 焊接方案

經(jīng)分析，40CrNiMoA最好在退火（或正火）狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)處理，這樣可以防止產(chǎn)生裂紋。但齒套已經(jīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，并已精加工完成，因內(nèi)花鍵與外齒輪尺寸公差及幾何公差要求都很嚴(yán)格，要求補(bǔ)焊后變形量小于0.1mm。所以，經(jīng)過(guò)研究決定在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行補(bǔ)焊，焊后不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

這樣補(bǔ)焊的主要問(wèn)題是防止裂紋產(chǎn)生和避免熱影響區(qū)軟化，焊接時(shí)注意預(yù)熱、層間溫度和后熱處理的溫度都要控制在比母材淬火后回火溫度低50℃。焊接的熱量要集中，熱輸入越小越好，由于焊后不再調(diào)質(zhì)處理，補(bǔ)焊金屬成分可以與母材有差別，為了防止裂紋，可以選用奧氏體焊條或焊絲。考慮到采用小熱輸入焊接，可以降低淬火區(qū)的脆化程度，同時(shí)采用預(yù)熱、后熱等措施，能提高抗冷裂性能，改善淬火區(qū)的組織和性能，采用小熱輸入還有利于縮小軟化區(qū)，降低軟化程度。因此，決定采用熱輸入量較小且熱輸入集中的熔化極氬弧焊補(bǔ)焊。

補(bǔ)焊選用低碳不銹鋼焊絲ER316，其焊道金屬是含19%Cr-12%Ni-2%Mo的奧氏體組織，耐蝕、耐熱及抗裂性優(yōu)良。

3. 焊接工藝

（1）焊前準(zhǔn)備 先將已標(biāo)識(shí)好的補(bǔ)焊部位上的冷卻液、油污、鐵屑等采用丙酮清洗干凈，減少氫的來(lái)源，并用拋光砂輪清理打磨，清除尖角、棱邊，減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

（2）預(yù)熱 為了防止因局部加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力而導(dǎo)致變形，我們選擇將齒套整體進(jìn)爐預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200~300℃。

（3）焊接工藝 焊接設(shè)備采用牡丹江歐地希焊接機(jī)有限公司生產(chǎn)的數(shù)字逆變控制脈沖MIG/MAG焊接機(jī)，型號(hào)：CPDP-500。

焊接時(shí)采用短焊道、窄焊道，焊接過(guò)程中不擺動(dòng)，焊接弧長(zhǎng)為4～6mm，電弧過(guò)長(zhǎng)容易產(chǎn)生氣孔等缺陷；收弧要慢，填滿弧坑，采用回焊法，消除引弧和收弧缺陷，防止產(chǎn)生火口裂紋，每焊完一道要用錘輕擊焊道，以減少焊接應(yīng)力，焊接過(guò)程中要保持補(bǔ)焊區(qū)溫度不低于200℃。另外，還要認(rèn)真清理熔渣，精加工面要用石棉布遮擋上，防止熔池金屬飛濺到精加工表面上，地線接在補(bǔ)焊面上，引、收弧時(shí)不得損傷精加工表面，補(bǔ)焊高度為留3mm加工余量。具體焊接參數(shù)如表2所示。

表2 焊接參數(shù)

（4）后熱 補(bǔ)焊完成后，齒套不能直接冷卻到室溫，以防產(chǎn)生冷裂紋，應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理，后熱溫度350℃，持續(xù)加熱3h后，利用石棉被保溫緩冷。

4. 結(jié)語(yǔ)

冷卻到室溫后，將補(bǔ)焊部位利用砂輪清理打磨，補(bǔ)焊區(qū)做著色探傷，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，返加工車間加工后，經(jīng)檢測(cè)變形量小0.1mm，滿足了加工精度要求，現(xiàn)該齒套已在用戶安全使用5年。