李啟銘

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

軋機設(shè)備用來實現(xiàn)金屬軋制過程，其自身機構(gòu)復(fù)雜，零部件龐大，在生產(chǎn)制造過程中，需采用不同的生產(chǎn)加工方式。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜重量大的零部件(如牌坊、底座等)可以采取鑄造方式;對于有一定機械強度要求的部件(如空心主軸、油缸塊等)可采取鍛造方式;對于一些普通的連接部位，可采用鉚焊件來實現(xiàn)(如架體等)。這些關(guān)鍵件，從坯料到加工成品，零部件缺陷伴隨整個生產(chǎn)過程，特別是易產(chǎn)生內(nèi)裂、縮孔、氣孔、砂眼、缺肉、夾渣、裂紋等組織缺陷。另外在機加工過程中也會出現(xiàn)挖刀、尺寸超差、加工錯位等缺陷。對于這些缺陷，在不影響使用性能和機械強度的情況下，都可以通過補焊技術(shù)來消除，從而滿足實際生產(chǎn)需要。

1 常用補焊方法及軋機關(guān)鍵件的施焊

目前我公司最常用的補焊方法主要有手工電弧焊和手工鎢極氬弧焊。這兩種手工焊接方法因其靈活性、可到性及易操控性，在實際生產(chǎn)中取得了較好的效果，被廣泛應(yīng)用。表1為兩種焊接方法的比較。

表1 兩種焊接方法的比較Tab.1 Comparison of two welding procedures

由表1可以看出，手工鎢極氬弧焊因其適用性廣，對環(huán)境污染小，對焊材利用率高且焊縫更為牢固，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。鑄鍛件局部組織缺陷如砂眼、裂紋等，在精加工前發(fā)現(xiàn)需進行補焊修復(fù)的，兩種補焊方法均可，精加工后發(fā)現(xiàn)的宜采用手工鎢極氬弧焊。但由于鎢極承載電流能力有限，電流過大會引起鎢極熔化和蒸發(fā)，所以焊接效率較低，對于厚壁焊件的焊接比較費力，對于冷加工過程中出現(xiàn)加工誤差等大面積補焊不適用，通常采用手工鎢極氬弧焊補焊時，補焊層厚度不易大于2mm。

目前我公司的軋機設(shè)備關(guān)鍵件主要以鑄件、鍛件、鉚焊件的形式提供坯料，經(jīng)過冷加工后，通過裝配來實現(xiàn)制造過程。無論在哪個過程發(fā)現(xiàn)任何形式的缺陷，一般都可以通過補焊進行消除，除了通用的焊接工藝要求外，具體的施焊必須考慮零件本身的材質(zhì)及在部件裝配中的使用場合。根據(jù)不同的母體材質(zhì)，補焊前是否預(yù)熱及選擇預(yù)熱溫度，補焊中焊條規(guī)格的選擇都會有所不同;根據(jù)零件在部件裝配中的使用場合及母材材質(zhì)采用何種焊接方式也會有所不同。表2列出了軋機設(shè)備中一些不同材質(zhì)的關(guān)鍵零件施焊特點及注意事項。

表2 不同材質(zhì)零部件施焊特點對照表Tab.2 Comparison of welding operating features for different parts with different materials

2 補焊前后的一般工藝要求

一般情況下，在任何工序發(fā)現(xiàn)零部件有缺陷，補焊前都應(yīng)首先把缺陷部位清理干凈，清理后需用磁粉或著色法檢查缺陷是否清理干凈。缺陷清理干凈后，距缺陷周邊50mm范圍內(nèi)還需嚴(yán)格進行除油、除銹和除污處理。對已加工過的零件可用機械加工或電砂輪打磨的方法清理。對于毛坯件，除機械加工方法外，允許用碳弧氣刨方法清理，但必須用電砂輪打磨至露出金屬表面。采用機械加工方法清理缺陷時，根據(jù)缺陷類型、補焊方法等，使缺陷處清理后符合表3中的規(guī)定。采用碳弧氣刨方法清理缺陷時，根據(jù)缺陷的深度與大小選取表4中的氣刨工藝。

表3 機加工方法缺陷處理規(guī)定Tab.3 Defect management in machining

表4 氣刨方法缺陷處理規(guī)定Tab.4 Defect management in air gouging

補焊后要求表面平整、成形好、無咬肉、氣孔、裂紋等卻陷，弧坑要添滿。已加工表面無打弧痕跡、飛濺必須清理干凈，對內(nèi)部質(zhì)量有要求的、焊肉內(nèi)部超標(biāo)缺陷可通過超聲波等無損探傷進行檢測，檢測合格后方可進行后續(xù)工藝。

表5 各種鋼預(yù)熱溫度規(guī)定Tab.5 Preheating temperatures required for various steels

3 補焊中的特殊工藝要求

除了上述焊前、焊后一般工藝要求外，在進行施焊的過程中還有一些特殊的工藝要求，主要是施焊前預(yù)熱溫度的控制范圍和焊條牌號的選擇，均會因零部件金屬材質(zhì)不同而有所不同，直接影響到焊接后的強度和使用效果。

3.1 施焊前預(yù)熱溫度的工藝要求

一般情況下，經(jīng)調(diào)質(zhì)、淬火后的低碳鋼、低合金鋼，當(dāng)板材厚度大于60mm時，均應(yīng)進行補焊前的預(yù)熱處理。預(yù)熱溫度和板材厚度及含碳量有關(guān)，板材越厚含碳量越高，預(yù)熱溫度越高，預(yù)熱時應(yīng)均勻而緩慢加熱。各種鋼的預(yù)熱溫度可按表5選取。

3.2 焊條的選擇

不同材質(zhì)的零部件由于不同的物理化學(xué)特性和機械性能，補焊時對焊條的選擇也有一定的工藝要求，具體見表6。

表6 常用鋼與焊條牌號選擇表Tab.6 Designation chart of common steel and welding electrode

4 焊接方式的選擇

4.1 等強度焊接和不等強焊接

等強焊接是焊縫的承載力與母材相同的一種焊接方式，補焊過程中一般用于承載較大載荷的重要場合，如精加工前軋輥軸承座內(nèi)孔補焊或牌坊內(nèi)表面的補焊。對于焊縫強度超過600MPa的不宜采用該焊接方式，因為此時抗裂性較差。該焊接方式一般適用于碳素鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼等。該焊接方式對焊縫強度和焊條選擇的要求如表7所示。

表7 等強焊接焊條與焊縫強度對照表Tab.7 Comparison of electrode designation and seam strength with equal strength welding

不等強焊接是指焊縫金屬的強度低于母材金屬的一種焊接方式。不等強焊接主要用于不重要的軋機配管接頭聯(lián)接處，以及補焊一些軸承座、端蓋類無關(guān)緊要的外觀缺陷等。但對于45、40Cr、42CrMo等經(jīng)調(diào)質(zhì)的中高碳合金鋼的補焊，一般也采用該焊接方式。這種焊接方式通常必須使用低氫焊條，如E5015焊條等，因為該材料焊條中低合金、低雜質(zhì)、低碳可用來稀釋熔入焊縫的母材，從而使焊縫合金含量增高，以提高焊縫的抗裂性。

4.2 同材質(zhì)和不同材質(zhì)焊接

同材質(zhì)焊接是等強度焊接的一種，不同的母體材質(zhì)可能是鑄造或鍛壓組織，而焊縫則是鑄態(tài)組織。同材質(zhì)焊接主要用于不銹鋼、有色金屬材料及低碳鋼等，但對于中高碳合金的調(diào)質(zhì)和淬火用鋼材，不適用該焊接方式進行補焊。

不同材質(zhì)焊接方式使用時需慎重，目前應(yīng)用較多的補焊場合為不同材質(zhì)拼焊后焊縫出現(xiàn)裂紋的情況，常見的兩種情況有:

(1)不銹鋼與鋼的焊接，一般奧氏體不銹鋼與中、低碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接需補焊時，應(yīng)選用合金含量比母材高一個級別的奧氏體不銹鋼焊接材料，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti與Q235鋼焊接時可選用A302或A402焊條;

(2)中碳調(diào)質(zhì)鋼與低碳鋼、低合金鋼的焊接，如45、42CrMo、35CrMn 與 Q235、Q215、20 等焊接需補焊，通常應(yīng)按與性能較低的母材等強度的原則選取焊材，如E4215、E5015等低氫焊條。

5 結(jié)論

(1)軋機設(shè)備中不同材質(zhì)的零部件呈現(xiàn)不同的補焊特性，氬弧焊在補焊過程中應(yīng)用更為廣泛，但補焊量不宜過大;

(2)軋機設(shè)備中不同材質(zhì)的零部件由于其自身物理化學(xué)性能和機械性能不同，在補焊時工藝要求會有所不同;

(3)軋機設(shè)備中，不同使用場合根據(jù)零部件材質(zhì)的不同施焊方式也不同，在滿足使用要求前提下，應(yīng)盡量降低勞動成本，提高生產(chǎn)效率。

［1］中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會，焊接手冊(第二卷)［M］.

［2］呂亞臣，重型機械工藝手冊(上冊)［M］.

［3］陳裕川，焊接工藝設(shè)計與實例分析［M］.

［4］中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會，焊接手冊(第二卷)［M］.

［5］成大先，機械設(shè)計手冊(第一卷)［M］.

［6］李啟銘，常用補焊方法及其工藝參數(shù)合理化在零部件缺陷處理中的應(yīng)用研究［J］.有色金屬加工.2013，42(4):