摘要：本文通過(guò)對(duì)ZG270-500鑄鋼焊接性能進(jìn)行分析探討，借鑒并改進(jìn)原有焊接工藝，對(duì)磨煤機(jī)磨輥軸套澆鑄沙眼缺陷進(jìn)行挖補(bǔ)焊接修復(fù)，修復(fù)后構(gòu)件完全滿足長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行工況要求。

關(guān)鍵詞：ZG270-500;磨輥軸套;補(bǔ)焊

中圖分類(lèi)號(hào)：TG455 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

2018年3月，我廠8號(hào)爐C級(jí)檢修中，在磨A磨輥軸套頸部發(fā)現(xiàn)2處較大沙眼，經(jīng)外部初步探查沙眼直徑≥6mm、深度≥12mm，若繼續(xù)使用極有可能導(dǎo)致軸套漏油。該磨輥軸套材質(zhì)為ZG270-500，綜合分析磨輥軸套的材質(zhì)及工況條件，決定對(duì)沙眼缺陷采用局部挖補(bǔ)的補(bǔ)焊工藝進(jìn)行修復(fù)。缺陷外觀見(jiàn)圖1所示。

1 對(duì)鑄鋼的材料分析

在鑄鋼的鑄造過(guò)程中，為保證其有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性，含碳量在0.15%～0.60%間，ZG270-500含碳量達(dá)到0.4%屬于中碳鑄鋼。由于鑄鋼的澆鑄溫度較高，澆鑄件的形狀比較復(fù)雜，對(duì)鑄件凝固條件的控制相對(duì)困難，而且澆鑄之后不進(jìn)行鍛壓加工，所以鑄鋼的晶粒比較粗大，晶粒間常存在非金屬雜質(zhì)形成的脆弱面。因此，鑄鋼的性能往往比成分相近的碳鋼要差。

2 ZG270-500的焊接性分析

2.1 ZG270-500化學(xué)成分分析

由于鑄鋼在澆鑄時(shí)要保證良好的流動(dòng)性，同時(shí)又要具備較高的強(qiáng)度和韌性，所以在制造的過(guò)程中，加入了較多的合金元素，使其化學(xué)成分與性能相近的碳鋼相差很多。ZG270-500與Q345的化學(xué)成分對(duì)比見(jiàn)表1。

通過(guò)化學(xué)成分對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ZG270-500含碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Q345B，隨著含碳量的增加焊接性隨之下降。在焊接的過(guò)程中，母材中的雜質(zhì)元素更容易向焊縫中過(guò)渡，裂紋傾向更加明顯。

2.2 ZG270-500力學(xué)性能分析

通過(guò)對(duì)ZG270-500與Q345B力學(xué)性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ZG270-500在強(qiáng)度指標(biāo)略低于Q345B的情況下，其塑性、韌性卻明顯低于Q345B，這也從側(cè)面反映出ZG270-500的焊接性能要比Q345B差。ZG270-500與Q345B力學(xué)性能對(duì)比見(jiàn)表2。

2.3 ZG270-500的碳當(dāng)量分析

使用國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的碳當(dāng)量公式計(jì)算：

通過(guò)計(jì)算，ZG275-500的碳當(dāng)量約為0.46%。一般情況下，金屬材料的焊接裂紋敏感系數(shù)隨著其碳當(dāng)量的增加而相應(yīng)增大，當(dāng)碳當(dāng)量值大于0.4%時(shí)，在焊接熱影響區(qū)極易形成淬硬組織并導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。另外，鑄鋼是通過(guò)鑄造的方式得到的鋼材，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，晶粒粗大晶間雜質(zhì)較多，化學(xué)成分不均勻，焊接性比普通的碳素鋼差，當(dāng)焊接材料選用不當(dāng)或焊接參數(shù)選擇不合理時(shí)極易產(chǎn)生裂紋和偏析等缺陷。

3 機(jī)加工清除磨輥軸套沙眼缺陷

（1）使用角磨等機(jī)加工工具徹底清除沙眼缺陷;（2）隨著打磨深度的增加，需相應(yīng)控制打磨凹坑周邊的坡度，便于后續(xù)焊接工作的進(jìn)行;（3）沙眼清除后應(yīng)進(jìn)行著色或磁粉檢驗(yàn)，以確保缺陷已完全清除;（4）按照焊接工藝要求對(duì)焊接處周邊的銹蝕進(jìn)行打磨清理^[1]。打磨及清理情況見(jiàn)圖2所示。

4 磨輥軸套補(bǔ)焊焊接工藝

4.1 焊接方法的選擇

由于補(bǔ)焊面積范圍較小，SMAW比GMAW熱輸入小且操作更加靈活，因此選用SMAW進(jìn)行補(bǔ)焊。焊接電源選用逆變直流電焊機(jī)，采用直流反接。

4.2 焊接材料的選擇

ZG270-500焊接性能較普通碳素鋼和低合金鋼明顯下降，焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，因此選用塑性和韌性較好的低氫型焊條。采用焊接性良好，強(qiáng)度等級(jí)接近于母材的J507焊條作為補(bǔ)焊材料^[2]。J507焊條力學(xué)性能見(jiàn)表3。

為最大限度減小焊接熱輸入，選用Φ2.5mm焊條。焊條使用前經(jīng)350～400℃烘干處理，烘干時(shí)間1～2h，使用時(shí)焊條需置于保溫筒中。

4.3 焊接參數(shù)的選擇

ZG270-500鑄鋼焊接性能較差，焊接中易產(chǎn)生裂紋及偏析，同時(shí)ZG270-500與J507焊條在化學(xué)成分和力學(xué)性能上也存在一定差異，所以應(yīng)盡可能采用低參數(shù)、弱規(guī)范焊接。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表4。

4.4進(jìn)行適當(dāng)焊前預(yù)熱

一般情況下，當(dāng)碳當(dāng)量≥0.45時(shí)，鑄鋼的預(yù)熱溫度為150～200℃，可采用火焰加熱?？紤]到磨輥軸套為圓形筒體鑄件結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行局部補(bǔ)焊時(shí)受到的拘束度較大，因此在實(shí)際操作中采用200℃預(yù)熱溫度，加熱范圍不小于補(bǔ)焊位置周邊200mm范圍。

4.5 焊接操作方法的運(yùn)用

焊接時(shí)應(yīng)采用多層多道快速焊接方法，將每層焊道的厚度控制在3mm以?xún)?nèi)，同時(shí)避免連續(xù)不間斷的施焊，采用自?xún)?nèi)而外，自下而上循序漸進(jìn)的分段焊接，最大限度的降低焊接熱輸入。焊接過(guò)程中為避免層間溫度低于預(yù)熱溫度，可通過(guò)火焰補(bǔ)充加熱的方法來(lái)控制層間溫度，直至將打磨的凹坑填充完畢。補(bǔ)焊后外貌見(jiàn)圖3所示。

4.6?焊后熱處理

焊后立即進(jìn)行熱處理，消除應(yīng)力并降低熱影響區(qū)的硬度。采用紅外加熱裝置在補(bǔ)焊區(qū)域慢速均勻加熱至250℃，保溫2小時(shí)后覆蓋保溫材料緩冷。

4.7 焊后檢驗(yàn)

焊接工作完成后使用角磨將焊縫表面打磨平整，確認(rèn)沒(méi)有氣孔、夾雜、咬邊等外觀缺陷。隨后采用著色檢驗(yàn)的方法，對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。缺陷消除后外貌見(jiàn)圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

鑄鋼件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且晶粒粗大組織不均勻，給焊接帶來(lái)一定困難。在對(duì)ZG270-500鑄鋼進(jìn)行較為細(xì)致的分析后，總結(jié)鑄鋼焊接時(shí)需要注意的問(wèn)題，通過(guò)選擇正確的焊接參數(shù)和操作方法，在磨輥軸套補(bǔ)焊修復(fù)過(guò)程中加以應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)探傷檢驗(yàn)證明了補(bǔ)焊工藝的正確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈陽(yáng)晨，魏建軍.鑄鋼件焊接及缺陷修復(fù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2]?GB/T 7659-2010.焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件[S].

收稿日期：2019-07-02

作者簡(jiǎn)介：湯亞杰（1979—），男，河北南宮人，本科，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，電焊高級(jí)技師，助理工程師，研究方向：電力設(shè)備焊接工藝創(chuàng)新應(yīng)用。