李臣光

摘 要：文章通過分析軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭的工況及再制造過程中存在的問題，提出了改進(jìn)在制造工藝的方案，并根據(jù)該工藝方案成功修復(fù)了傳動(dòng)扁頭，同時(shí)為后續(xù)此類工件的修復(fù)方案提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)扁頭；焊接裂紋；淬硬層；堆焊層

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）32-0084-02

軋鋼機(jī)是用來軋制金屬的機(jī)械設(shè)備，在各大鋼廠中應(yīng)用極其廣泛。聯(lián)接軸作為軋鋼機(jī)主傳動(dòng)裝置的重要組成部分，起著傳遞運(yùn)動(dòng)和力矩的作用。聯(lián)接軸的端部——傳動(dòng)扁頭在工作中與叉頭配合，承受摩擦力、沖擊載荷等。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求傳動(dòng)扁頭在滿足整體強(qiáng)度和韌性要求的同時(shí)，還要具有較高的表面硬度、強(qiáng)度與耐磨性。但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過一段使用周期后，傳動(dòng)扁頭工作面磨損量較大，導(dǎo)致其尺寸及性能無法滿足工作需要。為節(jié)約制造成本，縮減制造周期，利用基于先進(jìn)表面工程技術(shù)的綠色再制造技術(shù)[1]（如堆焊、電刷鍍、激光熔覆等）對(duì)其進(jìn)行修復(fù)具有重要意義。

1 傳動(dòng)扁頭性能及再制造時(shí)存在的問題

考慮傳動(dòng)扁頭的工況，在設(shè)計(jì)時(shí)其材質(zhì)選擇42CrMo中碳合金鋼（化學(xué)成分見表1），其具有良好的淬透性，較高的強(qiáng)度和韌性，經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火處理后可獲得較好的綜合機(jī)械性能。本文中傳動(dòng)扁頭表面硬度高達(dá)HRC54～56，淬硬層深度為2mm。

根據(jù)相關(guān)資料當(dāng)鋼中的碳當(dāng)量小于等于0.4%時(shí)具有良好的焊接性；當(dāng)鋼中的碳當(dāng)量處于0.4%～0.6%之間時(shí)，其焊接性逐漸變差；而當(dāng)鋼中的碳當(dāng)量超過0.6%時(shí)，就屬于難焊材料，在焊接過程中易出現(xiàn)焊接裂紋[2]。

可求得42CrMo中碳合金鋼的碳當(dāng)量為0.78%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.6%，另外由于傳動(dòng)扁頭表面經(jīng)過淬火處理后形成大量馬氏體組織，如果直接在淬硬組織上補(bǔ)焊，會(huì)因?yàn)樵诤附舆^程中淬硬傾向大，形成大量裂紋，特別是在焊道的起止位置。

在焊接過程中層間溫度過低容易由于焊接熔池冷卻速度快形成淬硬組織和裂紋，同時(shí)不利于擴(kuò)散氫的逸出；而層間溫度過高雖然會(huì)降低焊縫形成裂紋的傾向，但會(huì)造成焊縫組織粗大，影響力學(xué)性能，因此在傳動(dòng)扁頭補(bǔ)焊過程中要嚴(yán)格控制層間溫度。

2 再制造工藝優(yōu)化及效果檢驗(yàn)

2.1 再制造工藝優(yōu)化

通過分析傳動(dòng)扁頭再制造過程中存在的問題，結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其再制造工藝進(jìn)行優(yōu)化：（1）軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭在經(jīng)過一段時(shí)間使用后表面雖有磨損，但是仍然存在淬硬層，在其再制造過程中會(huì)對(duì)焊接過程產(chǎn)生影響，導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。因此，在補(bǔ)焊前首先去除該淬硬層，但考慮到淬硬層硬度較高，會(huì)對(duì)機(jī)械加工造成一定難度，故先用火焰加熱的方式對(duì)其進(jìn)行局部退火處理，以軟化工件，降低表面硬度，同時(shí)減少對(duì)其心部組織和性能的影響。然后以機(jī)械加工的方式去除表面淬硬層，為保證其完全去除，本文中去除工件表面4mm以內(nèi)的材料（見圖1）。（2）對(duì)工件進(jìn)行磁粉探傷，確保其表面無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷，清理工件表面油污、銹蝕、水漬和毛刺等。（3）焊材選用山東德運(yùn)焊業(yè)有限公司生產(chǎn)的DY-YD420（Q）馬氏體型堆焊藥芯焊絲，規(guī)格Φ1.6mm（見表2）。（4）為避免在焊道起止處產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，在工件焊接區(qū)域邊緣加設(shè)引弧板和息弧板。（5）焊接之前使用履帶加熱片對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)預(yù)熱溫度計(jì)算公式：T=Ceq×360。式中：Ceq-母材碳當(dāng)量?？梢郧蟮脗鲃?dòng)扁頭的預(yù)熱溫度為280.8℃，本文選擇預(yù)熱溫度為285～300℃，并在焊接過程中持續(xù)加熱。（6）為防止焊接過程中熱輸入量過大，焊接時(shí)采用小電流快速焊接的方式施焊，直流反接，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2，焊接參數(shù)如表3所示。（7）堆焊時(shí)，為了減小焊接應(yīng)力和熔合比，避免在后續(xù)焊接過程中產(chǎn)生裂紋，首先在傳動(dòng)扁頭的補(bǔ)焊區(qū)域焊接薄薄一層堆焊材料作為過度層。（8）焊接過程中，為了釋放焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，規(guī)定全部焊道沿相同方向施焊。（9）在焊接過程中嚴(yán)格控制熱輸入量及層間溫度（285～300℃），以減小熱影響區(qū)，同時(shí)改善堆焊層組織及硬度的均勻程度。（10）傳動(dòng)扁頭補(bǔ)焊完成之后立即放入熱處理爐中進(jìn)行去應(yīng)力退火，以免引起裂紋的產(chǎn)生，去應(yīng)力退火工藝如圖2所示。同時(shí)該退火處理也有益于擴(kuò)散氫的溢出，避免氫致裂紋的出現(xiàn)。（11）傳動(dòng)扁頭熱處理去除焊接應(yīng)力之后，利用碳弧氣刨清除引弧板和息弧板，為避免傷及母材，清除時(shí)保留少許部分，在后續(xù)機(jī)械加工時(shí)去除。（12）利用機(jī)械加工方式，按圖紙要求的傳動(dòng)扁頭進(jìn)行加工。

2.2 效果檢驗(yàn)

本文通過優(yōu)化再制造工藝，利用堆焊技術(shù)對(duì)材質(zhì)為42CrMo的軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭磨損面進(jìn)行了修復(fù)，現(xiàn)對(duì)其效果進(jìn)行檢驗(yàn)如下：（1）對(duì)去應(yīng)力退火之后的工件進(jìn)行PT探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷產(chǎn)生。（2）對(duì)機(jī)加工之后的工件進(jìn)行MT探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷產(chǎn)生。（3）利用里氏硬度計(jì)（型號(hào)：TH121）測量機(jī)加工后補(bǔ)焊表面的硬度，測量結(jié)果表明其表面硬度為52～54HRC，雖略低于設(shè)計(jì)要求的表面硬度，但在后續(xù)的實(shí)際使用中證明該硬度差并未產(chǎn)生顯著地影響。

3 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭再制造工藝，消除了表層淬硬組織對(duì)焊接過程的影響，避免了焊接裂紋的產(chǎn)生。（2）通過實(shí)踐證明為獲得組織及性能均勻的堆焊層，焊前預(yù)熱、控制層間溫度及熱輸入量、焊后熱處理是工藝中的關(guān)鍵。（3）本文通過實(shí)踐得出的該制造工藝可作為參考應(yīng)用于其他類似工件的再制造工程中，節(jié)約生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱勝，姚巨坤.再制造技術(shù)與工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]李亞江.焊接冶金學(xué)——材料焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：52～56.

[3]賈勇.軋鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的探索[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（03）：114.endprint