史瑞峰

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司制管分公司， 江蘇 常州 213019)

淺析軋機(jī)軸承座常見缺陷及修補(bǔ)方法*

史瑞峰

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司制管分公司， 江蘇 常州 213019)

介紹了軋機(jī)軸承座的常見缺陷，從軸承座鑄造及加工環(huán)節(jié)入手，著重探討了這些缺陷的預(yù)防措施、處理方法和補(bǔ)焊要領(lǐng)。

軋機(jī)軸承座； 密集型線狀缺陷； 氣孔； 砂眼； 裂紋

引 言

軋機(jī)軸承座(以下簡稱“軸承座”)主要包括：工作輥軸承座、中間輥軸承座和支承輥軸承座三種，以鑄鋼件為主。鑄鋼件軋機(jī)軸承座材質(zhì)主要包括：ZG230-450、ZG35CrMo、ZG35SiMn等幾種。在軸承座加工中發(fā)現(xiàn)，軸承座毛坯缺陷較多，很多產(chǎn)品到了精加工狀態(tài)仍有缺陷存在，常常影響生產(chǎn)進(jìn)度。其原因是：

(1)鋼的鑄造性能較差：鑄造時(shí)，鋼水流動性差，鑄鋼件形成縮孔、熱裂、冷裂及氣孔的傾向均比鑄鐵要大。

(2)結(jié)構(gòu)問題：軸承座壁厚極其不均勻，而且厚壁面與薄壁面的尺寸相差較大，尤其是支承輥軸承座更為明顯。這一特點(diǎn)給毛坯鑄造帶來了一定的難度。

(3)焊接性能差：部分材質(zhì)鑄鋼件焊接性能較差，而很多鑄鋼件廠家焊工水平參差不齊，在毛坯缺陷補(bǔ)焊時(shí)，沒有嚴(yán)格按照操作要領(lǐng)執(zhí)行，焊接應(yīng)力無法釋放，使得補(bǔ)焊部位產(chǎn)生裂紋等缺陷。

(4)質(zhì)量要求提高：客戶對產(chǎn)品要求不斷提高，就軸承座而言，很多客戶均要求軸承座在制造過程中進(jìn)行超聲波探傷(UT)及磁粉探傷(MT)。

現(xiàn)代科技的發(fā)展，鑄造設(shè)備及工藝的不斷進(jìn)步，使得軸承座的毛坯質(zhì)量已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，但是仍有部分缺陷經(jīng)常出現(xiàn)，且難以根除，須引起足夠的重視，并加以研究、解決。

1 常見毛坯缺陷及預(yù)防措施

1.1 氣孔

軸承座的氣孔主要位于零件表面或近表面處，呈單個(gè)或聚集成片狀。顏色為白色或帶一層暗色，有時(shí)覆有一層氧化皮。

氣孔的主要預(yù)防措施包括：

(1)控制氣體含量：使用潔凈、干燥的爐料，限制爐料的含氣量，減少熔煉時(shí)金屬的吸氣量；澆包要進(jìn)行烘干、燙包；適當(dāng)提高澆注溫度，以利于氣體擴(kuò)散。

(2)控制澆注過程：澆注時(shí)控制好壓頭和速度，保證鋼水平穩(wěn)充填砂型型腔，避免產(chǎn)生紊流，防止卷入氣體。

(3)減少發(fā)氣量：控制型(芯)砂水分及發(fā)氣原料的含量，減少砂型在澆注過程中的發(fā)氣量；不使用受潮、生銹或有油污的冷鐵和芯撐等。

(4)改善砂型的透氣性：選擇合適的砂型緊實(shí)度，提高砂型和型芯的透氣性；合理安排出氣眼，使砂型(芯)內(nèi)氣體能順利排出。

(5)增加氣體進(jìn)入金屬液的阻力：合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，避免澆注時(shí)卷入氣體；在砂型(芯)表面涂刷涂料，以減少金屬-鑄型的界面作用。

1.2 砂眼

砂眼是一種常見的鑄造缺陷。它是由于金屬液從砂型型腔表面沖下來的砂粒(塊)，或者在造型、合箱操作時(shí)落入型腔中的砂粒(塊)來不及上浮、進(jìn)入澆冒系統(tǒng)，而留在鑄件內(nèi)部或表面而形成的。砂眼對于軸承座的危害很大，尤其在軸承座要求較高的內(nèi)孔或薄壁面出現(xiàn)時(shí)往往很難處理，常常導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

砂眼的主要預(yù)防措施包括：

(1)嚴(yán)格控制型砂性能，提高砂型(芯)的表面強(qiáng)度和緊實(shí)度，減少毛刺和銳角，減少沖砂。

(2)合箱前把型腔和砂芯表面的浮砂處理干凈，并平穩(wěn)合箱；如果是明冒口或貫通出氣眼，應(yīng)避免散砂從中掉入型腔，合箱后要盡快澆注。

(3)設(shè)置正確合理的澆冒系統(tǒng)，避免金屬液對型壁和砂芯的沖刷力過大。

(4)澆口杯表面要光滑，不能有浮砂。

1.3 裂紋

鑄件因有害元素產(chǎn)生的裂紋分為熱裂和冷裂。熱裂主要由S元素引起，多為不規(guī)則形狀，裂口處金屬表皮氧化；冷裂主要由P元素引起，裂口較直，開裂處有金屬光澤。同時(shí)，由于軸承座壁厚極不均勻，且軸承座壁厚改變突兀，使得軸承座毛坯在尺寸變化處也較易產(chǎn)生裂紋。

裂紋的主要預(yù)防措施包括：

(1)增強(qiáng)砂型和砂芯的退讓性。

(2)嚴(yán)格控制爐料及鋼水中的S,P元素含量。

(3)調(diào)節(jié)鑄件各部位冷卻速度，避免鑄件局部過熱，在厚、大斷面或熱節(jié)處放置冷鐵，適當(dāng)分散內(nèi)澆道，使鑄件各部位溫度趨向均勻；澆冒口不應(yīng)阻礙鑄件的收縮。

(4)鑄件澆注完畢后，不能過早開箱。

以上預(yù)防措施中后兩條尤其值得注意，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)軸承座的裂紋都與此有關(guān)。

1.4 密集型線狀缺陷

除了上述幾種缺陷外，在實(shí)際生產(chǎn)中，對軸承座進(jìn)行熒光磁粉探傷時(shí)，常能發(fā)現(xiàn)某些部位有密集型的線狀缺陷，單個(gè)缺陷的長度大多在1～5 mm之間，缺陷數(shù)量有幾十甚至上百條不等。此類缺陷多出現(xiàn)在內(nèi)孔部位，尤其是薄壁面最為常見。一般認(rèn)為，該缺陷是在鑄造過程中產(chǎn)生的微裂紋，但也可能跟鑄件內(nèi)部組織疏松有關(guān)。

此類缺陷對軸承座質(zhì)量影響很大，其處理難度也較高，如發(fā)生在薄壁面，則常常由于補(bǔ)焊后焊接應(yīng)力釋放導(dǎo)致內(nèi)孔變形，從而造成軸承座報(bào)廢。因此，建議對于發(fā)現(xiàn)有此類缺陷存在的軸承座，在精加工至成品前留0.1 mm余量，增加一道MT探傷及修補(bǔ)的工序，以減少成品軸承座補(bǔ)焊變形造成報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

2 缺陷的處理方法

2.1 缺陷的識別

通常情況下，軸承座粗加工后(留有3～5 mm余量)，應(yīng)進(jìn)行一次超聲波探傷，半精加工后(留有0.5 mm余量)和精加工至成品后各進(jìn)行一次磁粉探傷；在任何一個(gè)環(huán)節(jié)如發(fā)現(xiàn)缺陷，都應(yīng)立即將缺陷挖除并進(jìn)行補(bǔ)焊，探傷合格后進(jìn)入下道工序。

對于半精加工后發(fā)現(xiàn)有密集型線狀缺陷的軸承座，往往在成品探傷時(shí)依然存在大量缺陷，此時(shí)如果大面積補(bǔ)焊，在焊接應(yīng)力的作用下，軸承座極易變形，導(dǎo)致尺寸超差報(bào)廢。因此，需在成品前留0.1 mm左右余量，再加一次磁粉探傷，如發(fā)現(xiàn)缺陷，立即補(bǔ)焊，之后精磨至成品再進(jìn)行成品磁粉探傷。

2.2 缺陷的挖除

軸承座出現(xiàn)缺陷的部位應(yīng)進(jìn)行挖除，其方法包括手工打磨和機(jī)械加工。缺陷挖除干凈的標(biāo)準(zhǔn)是超聲波、磁粉或者滲透探傷合格，切忌用肉眼做判斷。

2.2.1 手工打磨

多數(shù)情況下，缺陷的挖除都應(yīng)采取手工打磨的方法，主要采用工具包括砂輪片和硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼兩種。

2.2.2 機(jī)械加工方法挖除

對于比較大的缺陷，或者手工打磨無法挖除的缺陷應(yīng)采取機(jī)械加工的方法挖除，且在不同的加工狀態(tài)下應(yīng)掌握不同的標(biāo)準(zhǔn)。如開挖深度超過以下標(biāo)準(zhǔn)，則產(chǎn)品應(yīng)做報(bào)廢處理，以免影響軸承座使用壽命。

2.2.2.1 粗加工狀態(tài)

(1)線性缺陷(如裂紋等)：用機(jī)加工方法去除缺陷時(shí)，開挖深度原則上不超過本缺陷所在平面壁厚的2/5。圓孔處缺陷開挖深度原則上應(yīng)≤50 mm。

(2)非線性缺陷(如夾渣、夾砂、氣孔等)：用機(jī)加工方法去除缺陷時(shí)，開挖深度原則上不超過本缺陷所在平面壁厚的2/5。厚度≥150 mm的部位，則開挖區(qū)域原則上不超過60 mm×50 mm×200 mm(深×寬×長)。

2.2.2.2 半精加工狀態(tài)

(1)線性缺陷(如裂紋等)：用機(jī)加工方法去除缺陷時(shí)，開挖深度不超過本缺陷所在平面壁厚的1/3。圓孔處缺陷開挖深度原則上應(yīng)≤35 mm。

(2)非線性缺陷(如夾渣、夾砂、氣孔等)：用機(jī)加工方法去除缺陷時(shí)，開挖深度不超過本缺陷所在平面壁厚的1/3。厚度≥140 mm的部位，開挖區(qū)域不超過45 mm×50 mm×100 mm(深×寬×長)。

2.2.2.3 精加工狀態(tài)

精加工至成品狀態(tài)發(fā)現(xiàn)的小缺陷，原則上不采用機(jī)械加工方法，只采用手工打磨的方法去除缺陷。

2.3 缺陷的補(bǔ)焊

軸承座毛坯缺陷的補(bǔ)焊原則上采用氬弧焊。氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)是：氬弧焊為明弧施焊，操作、觀察方便，且氬弧焊的電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中，弧柱溫度高，焊接生產(chǎn)效率高，熱影響區(qū)窄，所焊部位焊接應(yīng)力小，變形及產(chǎn)生裂紋的傾向均較小。

在施焊過程中應(yīng)掌握以下原則：

(1)根據(jù)軸承座的材質(zhì)選擇合適的焊絲(如表1所示)；

(2)補(bǔ)焊部位采用局部預(yù)熱的方法，推薦使用火焰加溫，半成品缺陷較多時(shí)也可采用陶瓷加熱帶(如圖1所示)覆蓋加熱。根據(jù)材質(zhì)的不同選擇正確的預(yù)熱溫度(如表1所示)。

圖1 陶瓷電加熱帶

(3)采用火焰加熱時(shí)，禁止使用猛火或氧化性火焰加熱。加熱過程中，噴火嘴與工件表面應(yīng)相距10～15 cm，且要保持一定時(shí)間，以確保工件心部也達(dá)到預(yù)熱溫度。

(4)補(bǔ)焊過程中，每焊一層都要進(jìn)行回火處理(如表1所示)，以消除焊接應(yīng)力；

(5)焊接過程中要采取防風(fēng)措施，禁止吹風(fēng)扇和有過堂風(fēng)時(shí)焊接。

表1 常見材質(zhì)的軸承座補(bǔ)焊參數(shù)

3 結(jié)束語

實(shí)踐證明，當(dāng)軸承座在加工中發(fā)現(xiàn)存在毛坯缺陷時(shí)，采用正確的處理方法，可以大大降低軸承座因毛坯缺陷而報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，保證軸承座的正常使用壽命。

[1] 陸文華，李隆盛，黃良余.鑄造合金及其熔煉[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2] 劉云龍.焊工技師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

2015-08-04

史瑞峰，男，工程師。電話：13775104126；E-mail:shiruifeng@cblhi.com

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