电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺(图)

机械公敌

介绍了小齿轮座底板的断裂情况,通过对其材料的技术性能、铁的可焊性等性能的分析,确定了手工电弧冷焊的施工方案,并提出了具体的焊接工艺,顺利完成了该工件的修复。 : e2 O3 |( \8 M4 \) P/ }* r 中铝山西分公司氧化铝一分厂GM223型管磨机小齿轮座,材质为HT15233,在使用过程中其底板四个地脚螺丝孔处两个断裂,一个发生裂纹。由于重新订货至少需时三个月,且生产形势较为紧张,要求管磨机早日投用,因此决定对该小齿轮座进行焊接修复。 # q( m. j8 m2 O$ g$ A* {! B+ E d 1缺陷情况及失效分析 . B( d* _4 ^9 }9 M7 G9 X 1.1小齿轮座的断裂情况 3 Y- v, Z0 S/ p0 J ) m2 P' u$ u9 y, o 小齿轮座底板四个地脚螺丝孔有两个断裂(在小齿轮座同1)底板断裂有两处,位置及裂口开头见图1、图2,断块尺寸270mm×250mm×70mm,断口尺寸270mm×(100mm～130mm)。 ( l' z# T1 b1 r1 n, J) F4 I% u$ `2 E 2)底板断裂一处,见图1,已裂透。 3 q5 c3 @: ?/ `* S # s7 ?* ]2 P9 R3 ]7 n; C: B

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, J" ~( R- p! q5 D) |. } * ]; e5 v* B* I图1 底板断裂示意图 " R* u9 k Q2 g8 j* P: K

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图2 裂口位置 9 ?/ h7 K4 a3 z % d6 F/ b% W( r- L 1.2失效分析 小齿轮座在使用中本身受到的拘束度较大。在管磨机运行过程中承受交变载荷作用。工件本身存在制造缺陷,在加强筋边缘与底板连接之处存在应力集中。运行中,由于大拘束度及交变载荷作用,预应力集中处发生破坏,形成裂纹,逐步扩展至筋板处,发生断裂。 2修复方案选择 ' e3 k0 _. f7 | 根据技术手段的现状,选用手工电弧焊方法进行修复。 ; d- c! B) y! U& u) x* T% K! a7 g % y# p& p& D7 i/ J( `1 P 2.1材料的技术性能参数 ) H, H: v0 S+ Z5 q' c6 `9 f! r 1)HT15233的化学成分见表1。 % A0 {+ k/ ~, E {; w * o/ K! P, @0 \; c0 C" i! w 1化学成分% 6 {8 Y2 L' E9 J- X & d7 m' H& r9 M- `

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手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 1 K* Y8 R* R, w. S! v- f5 C; x) a: h 2)HT15233r的性能参数见表2。 ; A n3 Y0 {. n 2性能参数 * P8 P- m e: m- t5 N- v 0 g6 g' q1 j7 W" Z" K 4 b! ~( y2 {- z+ } 手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 7 K9 V. z8 G1 u+ i; _4 @点击此处查看全部新闻图片 % k) ~0 t0 Z6 @- w3 z1 @1 g , d! W4 H' i J; I1 \7 y - w% y& X# a# q- `8 F 2.2铁的可焊性分析 $ J3 L" s3 h/ f+ ? - _$ h0 Y$ G) j 由于铸铁的固有性质及冶金特性,给电弧焊带来了极大的困难,具体如下: 1)熔化后铸铁冷却速度快,在热影响区易出现白口组织,焊接时开裂倾向较大。 ( ~. F1 K$ f$ _0 T4 X9 m- o. y, d 2)铸铁组成成分中,碳的含量高,在焊接过程中碳易被气化,容易产生气孔。 ( i) r4 Y4 `/ ]- c) E1 L $ k' l6 G0 G" K! O 3)铸铁强度高,塑性差,焊接时残余应力大,易产生焊接热裂纹。 4)铸铁中C、S、P等元素含量高,并在焊接过程中熔化到焊缝中,会增加金属的硬度,降低塑性和韧性,易产生裂纹,并降低可加工性。 5)铸铁在冶炼过程中,易出现石墨粗大化,石墨与基体产生间隙,使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物,严重阻碍焊接时的熔合,同时,增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。 8 w* H3 D; @0 E- N2 J1 B- z! f% Y y3 m; j3 ]7 Y8 k/ w X# B 6)铸铁在焊接熔化时,液态金属流动性很差,严重妨碍焊接时的熔合,熔池中熔渣和有害气体难以逸出,会在焊缝中产生严重缺陷。 针对以上不利因素,必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊接材料几方面加以解决。 + Q3 }. d2 ?0 b$ y0 Y 2.3焊接方法的选择 铸铁手工焊可采用热焊和冷焊两种方法。手工电弧热焊是将工件整体加热到600℃～650℃以上开始施焊,焊接过程中工作温度不得低于400℃,焊后马上加热到650℃,以消除应力退火。 2 w9 C9 _6 [( Q8 Z' [- u 小齿轮座的重量为1.74t,且氧化铝一分厂没有合适的加热装备,故采用手工电弧冷焊法修复。冷焊法是指用不预热、严格控制层间温度、小线能量的焊接方法进行焊接。 / _( k! U, O0 m1 V 2.4焊接材料的选择 3 @# W0 t8 e9 _. E! E1 @ 9 o5 Y0 e2 G9 F2 _ HT15233的可焊性较差且底座的下表面为加工表面,为保证焊接质量及下表面的可加工性宜采用纯镍基焊条Z308进行焊接。但Z308焊条价格昂贵,为节约费用,可采用以Z308焊条焊隔离层、J507焊条与Z308焊条相互填充、Z308焊条盖面的方法进行修复,这样既可降低成本又可保证焊接质量及下表面的可加工性能。 ( h c! P) X9 u7 s# {+ U+ {, ? , V6 ~1 Y) I- u3 s, X& ~ Z308焊条的机械性能见表3。 9 T; @ z( ?" M2 u5 n( [4 J 7 G9 ?+ O# ^- L/ O2 l) c手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺 $ R) B% x) G1 Z7 |+ [% W( D' F + b$ R3 t" J1 |2 g- x点击此处查看全部新闻图片 8 d' v3 F/ t4 ?" o$ | 2.5焊接次序 3 q) x- E9 d/ @! L2 O ) ?, U( m0 b. z: v. D0 i& q. v 1)裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。 2)断块处先焊筋板侧,保证焊透,再从另一侧清根、施焊。后焊筋板。 , v, p: |) w! S \8 `* n6 A 3焊接 & [2 I5 y; K9 T6 [# L3 w8 [ 焊接前要对所有焊接部位进行彻底清理,清除所有结疤、油污等缺陷因素,然后再开始焊接准备。 ! u% E3 ]/ Z; f+ Y 6 C) H9 }# S5 u5 s9 J; E5 j 3.1裂纹处焊接准备 9 g* A5 A6 ?4 @$ i 表面清理干净后,用角向抛光机修磨裂纹处至磨出所要求的双U型坡口。修磨时要求消除所有裂纹倾向,坡口边缘平滑过渡,钝边、间隙以单边能焊透为准。 7 X' u% ~( g6 ~ ^7 s- W! g8 x ( G1 c( p1 F% j O 3.2断块处焊接准备 5 a0 x7 w& P- H! {) y9 @2 T& a' @6 t . d7 h! Y3 N# V( F 两断块断裂口处形状基本规则,表面清理后用角向抛光机将断口按坡口所要求形状、尺寸修磨成双U型坡口,钝边、间隙以单边能焊透、另一侧以清根为准,然后按尺寸在划线平台上将断块与小齿轮座本体组对、点固。 2 `' ~. h+ ^; q' d 3.3焊接 5 m* Z- O% ?* Y% c9 j 小齿轮座焊接熔敷量较大,为减小焊接应力及焊接变形,保证焊接质量,采用两班工作制,固定高水平焊工施焊。焊接时环境温度保证在20℃以上,夜班如果温度过低则停止焊接。为防止穿堂风,在施焊时搭设围篷以防风保温。焊接时先焊裂纹,然后再焊断裂块。焊裂纹时先焊两螺丝孔中间的裂纹,焊完后再焊外侧裂纹。 ! z7 d% T M# I0 R( N7 Y C 1)焊接前,Z308焊条要150℃烘干1h,J507要250℃烘干2h,烘干后放入保温桶中保温,随用随取。 $ ^- i1 j! ?# E 2)每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。 3)焊接时采用短道、快速、不摆条、断续、分散焊法,每段长度不超过30mm,收弧时要填满弧坑。 4)焊完一道马上用钝头小锤锤击整个焊道以释放焊接应力,锤击速度要快,力量由重渐轻。 2 R- P3 t, R( o- N) U7 S( D! J2 b 5)严格控制层间温度,每焊完一道必须冷却到50℃以下方可继续施焊。 6)打底时采用小熔合比进行焊接,填充焊和盖面焊时可适当放大熔合比。 % _$ l5 J( G6 C' K. m9 ~ 7)清除熔渣后,用五倍放大镜观察,无裂纹,再继续下一步焊接。