程立國

（河南中孚鋁業(yè)有限公司，河南 鞏義 451200）

在碳素材料生產(chǎn)過程中，為了能順利成型，并使成品結(jié)構(gòu)具有良好的均勻性，則需要將配好的各種物料放在一定設(shè)備中進(jìn)行攪拌（混捏），使之相互混合均勻，這種使骨料的各種組分，各種粒度及黏結(jié)劑達(dá)到均勻混合，以得到可塑性糊料的工藝過程稱為混捏。目前，國內(nèi)大型碳素企業(yè)常用的混捏設(shè)備可分以下三類：一是間斷性生產(chǎn)的雙軸攪拌混捏機，雙軸攪拌混捏機是間歇式生產(chǎn)設(shè)備，按加料～混捏～卸料周期性循環(huán)操作；二是連續(xù)生產(chǎn)混捏機，連續(xù)混捏機又分為雙軸連續(xù)混捏機和單軸連續(xù)混捏機兩類；三是新型糊料冷卻取替雙軸或單軸連續(xù)混捏機完成糊料的混捏。

圖1 連續(xù)混捏機外形圖

隨著自動化程度的提高，混捏方法也在不斷地改進(jìn)，目前已由原始的間斷性冷混捏發(fā)展到連續(xù)性熱混捏，此次研究的對象就是連續(xù)混捏機，連續(xù)混捏機的優(yōu)點是機械化程度高，產(chǎn)能量大，便于實現(xiàn)自動化，勞動條件較好，但必須與精確配料設(shè)備配合使用，整套設(shè)備較復(fù)雜，調(diào)整較困難，故只適用于大批量單一配方產(chǎn)品生產(chǎn)，如鋁電解用預(yù)焙陽極的糊料生產(chǎn)；其作用是將預(yù)熱后的煅后焦混合料（170℃）與液體煤瀝青混捏均勻（180℃～200℃），讓煤瀝青均勻地粘結(jié)到煅后焦混合料上，并部分滲透到煅后焦顆粒的孔隙中去，以達(dá)到最佳糊料混捏質(zhì)量和混捏效率，賦予糊料塑性，為預(yù)焙陽極生產(chǎn)提供合格糊料。連續(xù)混捏機由驅(qū)動電機、齒輪箱、混捏軸軸向運動驅(qū)動裝置、齒輪潤滑系統(tǒng)、混捏腔體（包括襯板、定攪刀、伴熱夾套等）、混捏主軸（包括攪刀）、卸料門、卸料門液壓控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等幾部門組成。

糊料質(zhì)量的好環(huán)一般由混捏機扭矩控制。混捏機扭矩是體現(xiàn)混捏效果、混捏產(chǎn)能以及判斷設(shè)備填充效率的主要參數(shù)，但也是導(dǎo)致混捏機主軸出現(xiàn)裂紋，甚至斷裂的主要原因，因此實際生產(chǎn)中往往依據(jù)此參數(shù)來調(diào)整混捏機轉(zhuǎn)速、產(chǎn)能等，同時也能夠判斷設(shè)備內(nèi)部磨損情況，合理安排檢修。

我公司生產(chǎn)使用的連續(xù)混捏機，主軸是直徑350mm，長10500mm，且中心鉆孔內(nèi)部帶熱煤油加熱（油溫250℃～270℃）的空心軸，因長期在高扭矩、高溫度條件下運行，一般超過兩年以上時間，主軸很容易出現(xiàn)裂紋。發(fā)現(xiàn)裂紋后，若處理不及時或不當(dāng)，繼續(xù)帶病運行，必將導(dǎo)致主軸斷裂，生產(chǎn)停止，主軸報廢；因此如何高質(zhì)量修復(fù)出現(xiàn)裂紋的混捏機主軸提上日程，公司就此成立了攻關(guān)小組，經(jīng)過查閱大量資料，無數(shù)次修訂方案，最終通過裂紋端部處理和焊接工藝溫度控制兩個方面成功攻克了連續(xù)混捏機主軸裂紋焊接這一技術(shù)難題，焊接后的主軸仍可在高溫（250℃～270℃）下連續(xù)滿負(fù)荷運行，并能有效延長使用壽命一倍以上。

1 連續(xù)混捏機主軸焊接技術(shù)研究

1.1 焊接準(zhǔn)備

（1）施焊前需要進(jìn)行的技術(shù)準(zhǔn)備工作，包括熟悉產(chǎn)品圖紙，了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；熟悉產(chǎn)品焊接工藝，了解產(chǎn)品焊接接頭要求的焊工持證項目，掌握產(chǎn)品焊接接頭的焊接參數(shù)。

（2）施焊前需要進(jìn)行的器材準(zhǔn)備工作，包括焊接設(shè)備及工裝的檢驗調(diào)試；焊接參數(shù)調(diào)整，按焊接工藝的規(guī)定領(lǐng)取焊接材料。

圖2 連續(xù)混捏機

（3）主施焊前需要進(jìn)行的清理工作：混捏機主軸上所有的碎片和油污都要清除干凈，注意必須從焊接區(qū)域開始，至少要對25毫米半徑的表面進(jìn)行清潔。

（4）施焊前必須進(jìn)行PT（滲透探傷），即零件表面被施加含有熒光染料或著色染料的滲透液后，在毛細(xì)管作用下，經(jīng)過一定時間的滲透，滲透液可以滲進(jìn)表面開口缺陷中；經(jīng)去除零件表面多余的滲透液和干燥后；再在零件表面施加顯象劑；同樣，在毛細(xì)管作用下，顯象劑將吸引缺陷中的滲透液，即滲透液回滲到顯象劑中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示（黃綠色熒光或紅色），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。基本步驟包括：一是表面準(zhǔn)備和預(yù)清洗，預(yù)清洗可采用機械法，化學(xué)方法以及溶劑去除方法等；二是施加滲透劑，注意滲透時間一般不少于10min，溫度控制在溫度控制在15℃～50℃；三是去除多余的滲透液，要求從零件表面去除所有的滲透液，又不將滲入缺陷中的滲透液清洗出來；四是干燥，一般使用熱空氣循環(huán)烘干裝置，干燥溫度不能太高，時間不能太長；五是顯象，顯象的過程是用顯象劑將缺陷處的滲透液吸附到零件表面，產(chǎn)生清晰可見的缺陷圖像；六是觀察（檢驗）顯象，以確定裂紋的形狀及走向；七是后清洗及復(fù)驗。

（5）施焊前焊工應(yīng)檢查坡口表面，不得有裂紋、分層、夾雜等缺陷，應(yīng)清除焊接接頭的內(nèi)外坡口表面及坡口兩側(cè)母材表面至少20mm范圍內(nèi)的氧化物、油污、熔渣及其它有害物質(zhì)。

（6）首先采用鉆孔的方式對連續(xù)混捏機主軸裂紋端部進(jìn)行處理；即先在裂紋端部打孔，打孔的半徑至少達(dá)到3mm，以防止打磨、焊接時裂紋延伸；然后用磨光機打“U”型破口，沿裂紋的長度和深度都進(jìn)行打磨，但軸向不能打磨透，保持壁厚在0.5mm為宜。

（7）采用自動溫控伴熱帶對焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，即對裂縫焊接區(qū)域進(jìn)行緩慢、均勻地升溫加熱，使熱量充分滲透到軸的整個徑向厚度上，加熱范圍至少應(yīng)為焊縫兩端各200mm，即：加熱的區(qū)域為：以裂縫為中心的400mm寬的環(huán)形圓周。

（8）檢定焊接主體材質(zhì)，需要專業(yè)機構(gòu)進(jìn)行材料分析，以保證焊棒與主軸材料相同。

1.2 焊接技術(shù)

（1）對裂縫焊接區(qū)域、裂縫補焊區(qū)域的加熱溫度應(yīng)達(dá)到連續(xù)混捏機大軸工作溫度200℃后才能進(jìn)行焊接，同時采用自動溫控伴熱帶對焊接區(qū)域進(jìn)行恒溫伴熱。

（2）如果使用焊棒焊接，焊接工藝最好使用鎢電極惰性氣體保護(hù)焊（TIG），也可使用屏蔽金屬電弧焊（焊棒）進(jìn)行替代焊接。

（3）如果使用焊棒焊接，在每個焊道之間都需要進(jìn)行打磨，且必須保證焊接電極與主軸材料相同。

（4）在進(jìn)行下一道焊接之前，每個焊道都應(yīng)冷卻至約200℃；在每道焊接之后，需使用半徑較小的斧錘將每個焊道打平。

（5）表層焊道應(yīng)較寬，由幾條狹窄的線狀焊道組成，在焊接時要特別小心，要順著大軸緩慢、平穩(wěn)的過渡。

（6）對焊縫較高的部分要進(jìn)行打磨，任何咬邊或溝槽必須要進(jìn)行重新焊接。

（7）整個補焊過程不能間斷，且必須特別小心，以防止大軸扭曲變形。

（8）在焊接之后，必須要對焊接區(qū)域進(jìn)行緩慢的自然冷卻，應(yīng)在大軸表面使用絕緣涂層進(jìn)行覆蓋，冷卻過程可能需要24小時或更長時間，最終與環(huán)境溫度相同。

（9）再次進(jìn)行滲透探傷，確認(rèn)焊接成功。

2 結(jié)論

本技術(shù)主要包括裂紋端部處理和焊接工藝溫度控制兩個方面。

（1）裂紋端部處理：采用鉆孔和打磨的方式，使裂紋端部的半徑至少達(dá)到3mm，防止焊接時裂紋延伸。

（2）焊接工藝溫度控制：焊接區(qū)域及其相應(yīng)的徑向圓周的溫度應(yīng)達(dá)到大軸工作溫度才能進(jìn)行焊接，并且要求使用鎢電極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）進(jìn)行焊接，焊接區(qū)域采用伴熱帶加熱時應(yīng)緩慢、均勻地進(jìn)行，以使熱量充分滲透到軸的整個徑向厚度上，補焊區(qū)域的伴熱范圍應(yīng)為焊縫兩端各200mm，即加熱的區(qū)域為，以裂縫為中心的400mm寬的環(huán)形圓周。

使用該技術(shù)對連續(xù)混捍機主軸進(jìn)行焊接后，主軸仍可在高溫（250℃～270℃）下連續(xù)滿負(fù)荷生產(chǎn)，并可有效延長連續(xù)混捍機主軸使用壽命一倍以上，可節(jié)約備件采購資金95萬元。

該技術(shù)不僅限于對炭素連續(xù)混捍機主軸這樣的空心軸進(jìn)行焊接，而且還可用于其他行業(yè)對高溫環(huán)境下使用的空心部件進(jìn)行焊接，應(yīng)用前景比較廣闊。