韓方永

大型厚重易磨損低合金鑄鋼件修復(fù)工藝的探討

韓方永

（中交廣州航道局有限公司 廣東省廣州市 510000）

大型厚重易磨損低合金鑄鋼件在修復(fù)時(shí)根據(jù)碳當(dāng)量評(píng)估材質(zhì)可焊性，制定合理的焊接工藝。根據(jù)磨損量選擇合適的修復(fù)方法，當(dāng)磨損量較小時(shí)采用堆焊修復(fù)，通過(guò)制定合理的焊接工藝有效預(yù)防了冷裂紋的產(chǎn)生，當(dāng)磨損量較大采用復(fù)板修復(fù)，大大減少了焊接工作量，減小了焊接殘余應(yīng)力和焊接變形量。構(gòu)件表面采用耐磨焊條打網(wǎng)格或者蓋面增強(qiáng)了構(gòu)件表面抗磨能力。對(duì)于大型厚重易磨損低合金鑄鋼件修復(fù)、焊接以及增強(qiáng)構(gòu)件表面抗磨損能力具有一定參考意義。

碳當(dāng)量；焊接工藝；復(fù)板修復(fù)；耐磨焊條

絞刀頭和斗輪都屬于大型厚重低合金鑄鋼件。在工作時(shí)旋轉(zhuǎn)絞泥，受到泥沙較強(qiáng)的沖擊和摩擦作用，屬于易磨損部件，因此要定期對(duì)絞刀頭和斗輪進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)磨損量較小時(shí)可以選擇常規(guī)的堆焊方式修復(fù)，由于厚度較大，焊接時(shí)有一定的淬硬傾向，焊接過(guò)程還可能產(chǎn)生冷裂紋，因此必須制定合理的焊接工藝；當(dāng)磨損量相對(duì)較大時(shí)（刀臂或大圈磨損掉的體積塊厚度達(dá)20mm以上），如果采用堆焊修復(fù)，焊接工作量將會(huì)很大，過(guò)多的焊接會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力和變形量。因此磨損較小時(shí)，堆焊修復(fù)焊接工藝的制定，磨損較大時(shí)采用何種方式修復(fù)以及如何增強(qiáng)構(gòu)件表面抗磨損的能力是值得深入探討的問(wèn)題。

1 低合金材質(zhì)的焊接性分析

絞刀頭和斗輪材質(zhì)均為為ZG20SiMn，屬于低合金鑄鋼件。材料化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表1。

表1 低合金鑄鋼件ZG20SiMn化學(xué)成分和力學(xué)性能

根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式[1]：

計(jì)算得出ZG20SiMn碳當(dāng)量為0.287～0.463%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：

（1）當(dāng)CE＜0.4%時(shí)，鋼材的淬硬傾向不明顯，可焊性?xún)?yōu)良，焊接時(shí)不必預(yù)熱；

（2）當(dāng)CE在0.40～0.60%時(shí)，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，需采取適當(dāng)預(yù)熱、控制線(xiàn)能量等工藝措施；

（3）當(dāng)CE＞0.60%時(shí)，淬硬傾向很強(qiáng)，屬于較難焊接的鋼材，需要采取較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。

又根據(jù)美國(guó)金屬學(xué)會(huì)提出的用于計(jì)算預(yù)熱溫度的碳當(dāng)量CE經(jīng)驗(yàn)公式：

當(dāng)CE＜0.45%時(shí)，可不預(yù)熱；

當(dāng)CE在0.45%～0.60%之間時(shí)，預(yù)熱100～200℃；

當(dāng)CE＞0.60%時(shí)，預(yù)熱200～370℃。該式適用于碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。

計(jì)算得出ZG20SiMn碳當(dāng)量CE為0.287～0.463%。

經(jīng)過(guò)上述碳當(dāng)量的計(jì)算可得知ZG20SiMn材質(zhì)可焊性?xún)?yōu)良，根據(jù)碳當(dāng)量的計(jì)算以及經(jīng)驗(yàn)確定采用150～200℃預(yù)熱，層間控制在100～150℃。

2 磨損量較小時(shí)的修復(fù)工藝

2.1 焊接材料的選用

相比手工電弧焊，CO2氣體保護(hù)焊具有更的高焊接效率，因此宜選用CO2氣體保護(hù)焊，焊絲選用E501T-1藥芯焊絲。E501T-1為氧化鈦型CO2氣體保護(hù)焊絲，焊接工藝性能優(yōu)良，電弧柔和穩(wěn)定，飛濺小，脫渣容易，焊縫成型美觀。適用于平焊和橫焊，可進(jìn)行全位置焊接，焊接效率高。焊縫金屬經(jīng)微量元素韌化處理，低溫韌性?xún)?yōu)良，抗裂紋性好，內(nèi)在質(zhì)量可靠穩(wěn)定。

2.2 堆焊焊接工藝

（1）由于母材厚度較大，具有一定的淬硬傾向，在冷卻速度過(guò)快的情況下，容易出現(xiàn)冷裂紋，可以適當(dāng)降低焊接速度，增加焊接電流，有助于避免馬氏體等淬硬組織的形成，有利于氫的逸出避免產(chǎn)生氫裂紋，焊接電流 170～210A，電壓 22～28V，焊接速度 12～20cm/min。

（2）預(yù)熱是防止冷裂紋的有效措施，不預(yù)熱不許焊接，預(yù)熱溫度100～150℃。

（3）堆焊時(shí)焊道寬度的重疊度≥焊道寬度的1/3。

（4）利用圓頭小錘錘擊焊縫使焊縫金屬延展，抵消一些焊縫區(qū)的收縮，以降低內(nèi)應(yīng)力，錘擊時(shí)機(jī)上一般以拉應(yīng)力已開(kāi)始形成，溫度較高約（500～800℃）時(shí)錘擊為好，這時(shí)金屬具有較高的塑性和延展性。錘擊力度要適中，過(guò)度會(huì)開(kāi)裂，第一層和表面層不需錘擊。

（5）層間溫度控制在 100～150℃。

（6）焊接時(shí)徑向位置對(duì)稱(chēng)施焊。

（7）焊后石棉布包裹緩冷。

3 磨損量較大時(shí)的修復(fù)工藝

3.1 磨損量較大時(shí)修復(fù)方式的選擇當(dāng)磨損量較大時(shí)，堆焊的工作量將會(huì)很大，過(guò)多的堆焊會(huì)造成較大的焊接殘余應(yīng)力。因此磨損量較大的低合金鑄鋼件，可以適當(dāng)考慮選擇復(fù)板的方式進(jìn)行修復(fù)。復(fù)板修復(fù)后構(gòu)件厚度與原始厚度相當(dāng)，強(qiáng)度也基本相當(dāng)。復(fù)板修復(fù)大大減少了焊接工作量，降低了成本，同時(shí)也減少了焊接殘余應(yīng)力和焊接變形量。

3.2 復(fù)板的材質(zhì)

復(fù)板材質(zhì)的選擇理論上應(yīng)與本體強(qiáng)度相當(dāng)或優(yōu)于本體，而且具有良好的焊接性能，對(duì)于ZG20SiMn材質(zhì)，復(fù)板材質(zhì)可以選擇Q345B鋼板。

3.3 復(fù)板的制作和安裝工藝

當(dāng)平面復(fù)板時(shí)，復(fù)板下料成平面扁鐵形狀即可；當(dāng)曲面復(fù)板時(shí)，復(fù)板的曲率應(yīng)與本體曲面曲率相同或相近，可采用冷彎，必要時(shí)結(jié)合水火彎板方法加工成曲率板。復(fù)板寬度的選擇應(yīng)根據(jù)制定的修復(fù)工藝選擇合適的寬度。

復(fù)版安裝時(shí)應(yīng)盡量貼緊本體表面，可使用楔形尖與碼板配合，擠壓復(fù)板，必要時(shí)可借助千斤頂擠壓復(fù)板，使復(fù)板貼緊本體。同時(shí)復(fù)板還應(yīng)根據(jù)安裝的位置開(kāi)設(shè)相應(yīng)坡口，使復(fù)板能較牢固的焊接在母材上。必要時(shí)可在復(fù)板上開(kāi)設(shè)塞焊孔，進(jìn)行塞焊。

3.4 復(fù)板修復(fù)的焊接工藝

復(fù)板修復(fù)時(shí)的焊接工藝參照磨損量較小時(shí)堆焊修復(fù)的焊接工藝，在施工過(guò)程中應(yīng)按照所制定的焊接工藝進(jìn)行焊接。

4 必要時(shí)可在構(gòu)件表面耐磨焊條打網(wǎng)格或蓋面增強(qiáng)表面抗磨損能力

當(dāng)本體堆焊或者復(fù)板完成后，表面打磨光順，曲面堆焊或復(fù)板時(shí)，表面應(yīng)平滑過(guò)渡。為了增強(qiáng)構(gòu)件抗耐磨能力必要時(shí)可在表面用D707或者DN-2103，φ4.0耐磨焊條打網(wǎng)格或者堆蓋面焊。網(wǎng)格60×60，網(wǎng)格焊縫高度與寬度約為8mm。由于耐磨焊堆焊層金屬硬度約HRC55左右，熔敷金屬硬度很高，但是比較脆，堆焊厚度過(guò)大會(huì)造成焊縫脆裂形成較深的裂紋，容易剝落，當(dāng)堆焊時(shí)耐磨焊條堆焊厚度4～6mm為宜，最大堆焊厚度不宜超過(guò)8mm。

5 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于大型厚重易磨損低合金鋼構(gòu)件修復(fù)時(shí)，首先根據(jù)碳當(dāng)量評(píng)估材質(zhì)焊接性能，制定合理的焊接工藝，根據(jù)材質(zhì)化學(xué)成分和力學(xué)性能選擇合適的焊材，制定合理的焊接工藝。實(shí)踐證明表面耐磨焊條打網(wǎng)格或者堆蓋面焊減少了施工過(guò)程中構(gòu)件的磨損量，延長(zhǎng)了使用周期，對(duì)于必要時(shí)增加表面抗磨損能力也具有一定參考意義。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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1004-7344（2016）33-0228-02

2016-10-26

韓方永（1986-），男，江蘇沛縣人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)榇笮秃裰匾啄p低合金鑄鋼件焊接工藝方面。