鄧榮娟

回轉(zhuǎn)窯大齒圈齒面的修復(fù)

鄧榮娟

回轉(zhuǎn)窯用大齒圈為鑄造成型，其質(zhì)量是QCP控制的重中之重。大齒圈不僅要使用超聲波無損檢測（UT）對(duì)其內(nèi)部鑄造質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測，而且在成品時(shí)需使用磁粉無損檢測（MT）對(duì)其表面進(jìn)行檢測。UT檢測不合格時(shí)，通常齒圈不可使用，UT檢測合格但MT檢測不合格，尤其是齒面存在疏松、夾渣、微裂紋等缺陷而導(dǎo)致MT檢測不合格時(shí)，對(duì)缺陷進(jìn)行打磨清理干凈即可。此時(shí)的問題是，表面外觀（VC）檢測不合格。為了解決該問題，一種表面冷焊技術(shù)被運(yùn)用到齒面修復(fù)上，該技術(shù)只是針對(duì)齒圈外觀進(jìn)行“美化”修復(fù)，對(duì)齒圈本身的性能不會(huì)產(chǎn)生任何的影響。

回轉(zhuǎn)窯；齒圈；質(zhì)量；UT；MT；冷焊修復(fù)

1 前言

回轉(zhuǎn)窯用大齒圈為鑄造成型，其質(zhì)量一直是QCP控制的重中之重。大齒圈不僅要使用超聲波無損檢測（UT）對(duì)其內(nèi)部鑄造質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測，而且在成品時(shí)需使用磁粉無損檢測（MT）對(duì)其表面進(jìn)行檢測。UT檢測不合格時(shí)，通常齒圈不可使用，UT檢測合格但MT檢測不合格，尤其是齒面存在疏松、夾渣、微裂紋等缺陷而導(dǎo)致MT檢測不合格時(shí)，對(duì)缺陷進(jìn)行打磨清理干凈即可，而此時(shí)表面外觀（VC）檢測會(huì)不合格。為了解決該問題，一種表面冷焊技術(shù)被運(yùn)用到齒面修復(fù)上，該技術(shù)只是針對(duì)齒圈外觀進(jìn)行“美化”修復(fù)，對(duì)齒圈本身的性能不產(chǎn)生任何的影響。

冷焊是一種應(yīng)用機(jī)械力、分子力或電力使得焊材擴(kuò)散到器具表面的工藝（方法）。簡而言之，是一種基材熱影響區(qū)較小的焊接方式。用該工藝對(duì)不影響齒面使用性能的圓滑凹坑進(jìn)行填補(bǔ)修復(fù)，可解決外觀檢測不合格的困擾。

2 冷焊工藝

2.1 環(huán)境要求

（1）焊接前用專用磨具清洗液把需修補(bǔ)部分清洗干凈，無需預(yù)熱，需要有專業(yè)人員密切關(guān)注施工過程。

（2）盡量在無風(fēng)、無灰塵的外部環(huán)境下作業(yè)。（3）根據(jù)工件大小和焊接部位具體情況進(jìn)行焊接操作。

2.2 焊接材料

根據(jù)大齒圈的材料成分ZG42CrMo，選擇牌號(hào)為JQ-MC50-C的焊絲，焊絲直徑控制在0.6～0.8mm。

2.3 焊接參數(shù)

脈沖焊接電流30A，焊接時(shí)間100ms，間隔時(shí)間200ms。

2.4 工藝方案

焊槍頂尖對(duì)焊絲瞬時(shí)通電，焊絲熔化（瞬間工作溫度在2 000℃左右），同時(shí)沖擊將其附著在工件上，瞬間完成一個(gè)工作單位300ms，工件所受熱影響較小，工件溫度不會(huì)升高；焊縫和熱影響區(qū)的區(qū)域極窄，其硬度適中；熱影響區(qū)域小，不會(huì)導(dǎo)致精密母體變形；焊接牢固，熔合充分。

3 冷焊試驗(yàn)

采用冷焊技術(shù)修復(fù)成品齒圈齒面，最為關(guān)鍵的兩個(gè)問題是：焊材和基材的結(jié)合是否良好；焊材和基材的過渡區(qū)、熱影響區(qū)的寬度以及相關(guān)硬度是否適合。

3.1 試樣制作

打磨清理齒面疏松、夾渣等缺陷，清理干凈后的圓滑凹坑尺寸一般≯30mm×10mm×5mm，采用磁粉+著色兩種表面檢測方式確認(rèn)缺陷是否清理干凈。為了保證凹坑的深度得到實(shí)際測量，試塊在打磨凹坑之前，對(duì)試塊打眼定位并壓出分割線，便于后續(xù)切割定位，見圖1。對(duì)試塊實(shí)施冷焊，將凹坑焊補(bǔ)填平，然后對(duì)其進(jìn)行拋光打磨處理，見圖2。

圖1 冷焊試驗(yàn)用試塊

3.2 試樣測試

圖2 試樣制作完成后的宏觀形貌圖

試樣制作完成后，使用維氏顯微硬度計(jì)對(duì)基材、冷焊熱影響區(qū)、冷焊過渡區(qū)以及焊材的硬度進(jìn)行測試，同時(shí)給出尺寸，可以預(yù)估過渡區(qū)和熱影響區(qū)的寬度。

通過顯微鏡進(jìn)行分析，以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用載荷值除以材料壓痕凹坑的表面積，即為維氏硬度值（HV）。根據(jù)試驗(yàn)負(fù)載的不同，適用于不同工件的維氏硬度測試。

（1）試驗(yàn)負(fù)荷49.03～980.7N，將相對(duì)面夾角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，測量壓痕對(duì)角線長度，再按公式來計(jì)算硬度的大小，適用于較大工件和較深表面層的硬度測定。

（2）試驗(yàn)負(fù)荷1.961～49.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測定。

（3）試驗(yàn)負(fù)荷＜1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。

計(jì)算公式：

式中：

F——負(fù)載，N

S——壓痕表面積，mm2

α——壓頭相對(duì)面夾角，136°

d——壓痕對(duì)角線平均長度，mm

圖3a中給出了本次試驗(yàn)的測試區(qū)，由圖可以看出表面測試區(qū)為下半部分（試塊寫有MS和MT字樣）；圖3b中7～10所測試的為冷焊表面的測試區(qū)域，11～13為冷焊根部的測試區(qū)域，該區(qū)域來自于圖3a中上半部分（試塊寫有BF字樣）旋轉(zhuǎn)90°展現(xiàn)出的根部區(qū)域。

3.3 測試結(jié)果

從圖4可以看出，區(qū)域7的維氏顯微硬度測試值以及顯微組織，從右向左分別為焊材區(qū)、過渡區(qū)、熱影響區(qū)以及基材區(qū)，焊接結(jié)合處非常致密。過渡區(qū)的寬度約為0.4mm，維氏硬度528～657（折算成布氏硬度約為504～618）；熱影響區(qū)的寬度約為0.5mm，維氏硬度363～377（折算成布氏硬度約為342～361）；基材維氏硬度為221（折算成布氏硬度約為209）。

圖3 試塊測試區(qū)域的選擇

圖4 區(qū)域7的維氏顯微硬度測試圖

區(qū)域8、9、10的情況和區(qū)域7相當(dāng)，從圖5可以看出焊材和基材的結(jié)合處非常致密，過渡區(qū)和熱影響區(qū)均可看出。

從圖6可以看出，區(qū)域12的維氏顯微硬度測試值以及顯微組織，從上向下分別為焊材區(qū)、過渡區(qū)、熱影響區(qū)、過渡區(qū)以及基材區(qū)，焊接結(jié)合處非常致密。過渡區(qū)的寬度約為0.4mm，維氏硬度336～381（折算成布氏硬度約為323～361）；兩個(gè)熱影響區(qū)的寬度約為0.4mm，維氏硬度311～323（折算成布氏硬度約為295～304）；基材維氏硬度為230～270（折算成布氏硬度約為219～257）。

區(qū)域11、13的情況和區(qū)域12相當(dāng)，從圖7可以看出焊材和基材的結(jié)合處非常致密，過渡區(qū)和熱影響區(qū)均可看出。

圖5 區(qū)域8～10的維氏顯微硬度測試圖

圖7 區(qū)域11、13的維氏顯微硬度測試圖

圖6 區(qū)域12的維氏顯微硬度測試圖

4 冷焊修復(fù)效果檢驗(yàn)

在現(xiàn)場對(duì)成品大齒圈的齒面進(jìn)行實(shí)際冷焊操作，按照工藝流程對(duì)清理干凈的自然缺陷處進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)，冷焊完成后無論著色檢測還是磁粉檢測，均未發(fā)現(xiàn)缺陷，表明冷焊修復(fù)效果較好，見圖8。

5 結(jié)語

（1）試驗(yàn)結(jié)果表明，無論在表面冷焊還是在根部冷焊，焊材和基材都非常致密地結(jié)合在一起。

（2）試驗(yàn)結(jié)果表明，無論在表面冷焊還是在根部冷焊，都存在過渡區(qū)和熱影響區(qū)，但在表面熱影響區(qū)只存在基材一側(cè)，在根部熱影響區(qū)兩側(cè)都存在，越靠近表面，過渡區(qū)和熱影響區(qū)的硬度越高。

圖8 大齒圈修復(fù)后以及檢測的宏觀形貌

（3）冷焊技術(shù)已成功地應(yīng)用在回轉(zhuǎn)窯用大齒圈的齒面修復(fù)上?！?/p>

Repair of Tooth Surface for Rotary Kiln Girth Gear

DENG RongJuan
(Sinoma Technology and Equipment Co.,Ltd.,Tianjin 300400)

The quality of girth gear was always the top priority in Quality Control Planning which was formed by casting and used for rotary kiln.The inner quality of girth gear was not only strictly tested by the ultrasonic nondestructive testing(UT),but also the surface quality was tested by magnetic particle nondestructive testing(MT)in the finished.UT unqualified,the girth gear failed.UT qualified,but MT unqualified,especially loose,slag and micro cracks on tooth surface caused MT unqualified,the defect could be polished cleanly.At the same time,VC unqualified,in order to solve this problem,a surface cold welding technology was applied to the teeth on the girth gear technology only for the appearance"beautifying".Repair performance of the gear ring itself did not affect.

rotary kiln;girth gear;quality;UT;MT;cold welding repair

2017-03-22； 編輯：孫 娟

TQ172.622.19

A

1001-6171（2017）06-0057-04