球磨機(jī)筒體端蓋的焊接修復(fù).doc

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球磨機(jī)筒體端蓋的焊接修復(fù) 西安電力機(jī)械廠柴進(jìn)考 本文由“中國(guó)焊接信息網(wǎng)”版權(quán)所有未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載 摘要：根據(jù)筒體端蓋（鑄鋼件）產(chǎn)生裂紋、夾砂、氣孔等缺陷的原因，提出修復(fù)方案，采用合理的焊接方法進(jìn)行修復(fù)。結(jié)果表明補(bǔ)焊后的熔敷金屬和母材具有同等性能。 關(guān)鍵詞：端蓋、裂紋、修復(fù) 0 前言 鑄鋼件在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中由于各種原因，往往會(huì)出現(xiàn)裂紋、夾砂、氣孔等缺陷，給鑄件造成致命的破壞而報(bào)廢。采用補(bǔ)焊的方法可以使之得到修復(fù)，并且能達(dá)到設(shè)備的使用性能要求。進(jìn)出料端蓋是我廠生產(chǎn)的低速筒式鋼球磨機(jī)的主要部件之一。端蓋材質(zhì)為ZG270—500。端蓋在機(jī)械加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)加工面上有不同程度、不同類型的鑄造缺陷，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。本文根據(jù)缺陷類別和缺陷性質(zhì)，采取了焊接的修復(fù)措施，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，通過(guò)補(bǔ)焊修復(fù)，可以使端蓋滿足設(shè)計(jì)和使用要求。 1缺陷部位和種類 端蓋鑄造毛胚加工時(shí)發(fā)現(xiàn)在加工面上有不同程度的缺陷，缺陷部位主要集中在軸頸部位，見(jiàn)圖1球磨機(jī)端蓋示意圖。 經(jīng)過(guò)專職檢驗(yàn)員檢查并進(jìn)行認(rèn)真的統(tǒng)計(jì)，將缺陷情況列入表1。 缺陷名稱 缺陷部位 修復(fù)措施 數(shù)量 裂紋 軸頸處 清理裂紋補(bǔ)焊 5件 氣孔、砂眼 軸頸處 清理缺陷補(bǔ)焊 10件 尺寸超差 軸頸開(kāi)擋尺寸超差 將下止口車完后重焊一個(gè)環(huán)帶 1件 氣孔、砂眼 小口內(nèi)則 車掉缺陷重焊一個(gè)鑄件加強(qiáng)圈 1件 表1零件缺陷表 對(duì)于在軸頸處發(fā)現(xiàn)的裂紋、氣孔、砂眼，由于其數(shù)量多且修復(fù)后的熔整金屬要達(dá)到與母材同樣的性能。因此，要必須確定合理的修復(fù)方案。  2討論分析 由于端蓋的軸頸部位產(chǎn)生的鑄造缺陷，給產(chǎn)品的安裝和使用帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題。前幾年由于工藝技術(shù)、設(shè)備等各種原因被判定為不合格品而無(wú)法修復(fù)。本論文針對(duì)端蓋的缺陷情況，采取相應(yīng)的措施，編制合理的修復(fù)工藝方案。 2.1可焊性分析 根據(jù)端蓋的材質(zhì)ZG270—500，其化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表2。從其焊接性可知，焊接性能良好。只是由于端蓋體積大，軸頸上缺陷較多，補(bǔ)焊后其熔敷金屬應(yīng)與母材應(yīng)具有同等性能。因此，端蓋在補(bǔ)焊過(guò)程中必須采取焊前預(yù)熱，焊后消除焊接殘余應(yīng)力等方面的措施。 表2 端蓋化學(xué)成分和機(jī)械性能 C Mn Si S P sb ss <0.4 <0.9 <0.5 <0.04 <0.04 >500 >270 2.2 t8/5和預(yù)熱溫度的確定 據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料介紹，對(duì)于鑄鋼ZG270-500不產(chǎn)生冷裂紋的冷卻時(shí)間t8/5下限時(shí)間為10s?？紤]到實(shí)際預(yù)熱溫度的偏差、焊件厚度、導(dǎo)熱能力、拘束度以及在焊接過(guò)程中防止出現(xiàn)裂紋等因素，應(yīng)將t8/5提高到21s。 由于端蓋的體積大，壁厚達(dá)到100mm，焊接時(shí)的剛性大，焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，因而焊接前預(yù)熱縮小溫差以減少焊接應(yīng)力是很必要的。根據(jù)預(yù)熱溫度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式T0=（C-0.12）+0.4d（1） 式中T0——預(yù)熱溫度，C C——材料中的碳含量，% d——端蓋軸徑部位的壁厚，mm 端蓋化學(xué)成分中C=0.4%，壁厚d=100mm，代入公式（1）中計(jì)算得T0=194C?？紤]到端蓋采用局部預(yù)熱，因此取T0=250C 2.3 焊接材料的選擇 鑄鋼件補(bǔ)焊區(qū)及熱影響區(qū)的組織及性能在很大程度上取決于焊接材料。為了保證焊縫的力學(xué)性能與母材的性能相匹配，焊縫熔敷金屬的強(qiáng)度求與母材的強(qiáng)度基本上等強(qiáng)，但為了防止焊縫有較大的熱裂傾向，焊縫含碳量應(yīng)比母材稍低一些。因此采用手工電弧焊工藝方法，焊接材料選用φ4mm，E5015的堿性焊條。 2.4焊接工藝參數(shù)的確定： 對(duì)于手工電弧焊來(lái)說(shuō)，焊接工藝參數(shù)主要為焊接電流、焊接電壓、焊接速度的確定。 根據(jù)前西德鋼鐵學(xué)會(huì)1979年公布有鋼鐵材料技術(shù)指導(dǎo)文件進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)埋弧焊執(zhí)效率η=1， 則在三維傳導(dǎo)條件下有 （2） 式中：—800~500C的冷卻時(shí)間（s）； η——焊接方法中相對(duì)于埋弧焊的相對(duì)熱效率。 E——線能量 （J/cm）， T0——施焊時(shí)的預(yù)熱溫度C， F3——焊縫形狀系數(shù)。 相對(duì)熱效率為：埋弧焊η=1，堿性焊條手工焊η=0.8 鈦型焊條手工焊η=0.9，CO2氣體保護(hù)焊η=0.85 焊縫形狀系數(shù)F3的取值見(jiàn)表3： 表3焊縫形狀系數(shù) F3 堆焊1.0 U形及X形坡口蓋面焊縫 0.9~1 U形及X形坡口處的中間焊道0.8~1. 角焊縫的貼角焊縫0.67 本次端蓋焊接修復(fù)過(guò)程中，取η=0.8，F(xiàn)3=0.9，T0=250C，=21s， 代入上述公式（2）后求得E=24538 J/cm，眾所周知： （3） 對(duì)于Φ4焊條U=28~32v，取U=28v；I=140~170A，取I=150A，代入公式（3），則焊接速度v=14.1 cm/min 所以，本次球磨機(jī)筒體端蓋（ZG270—500）的手工焊接工藝參數(shù)為： U=28~32v，I=140~170A，v=14.1 cm/min。 3補(bǔ)焊工藝方案 3.1焊前準(zhǔn)備 3.1.1焊前用角向磨光機(jī)將所有缺陷清除，補(bǔ)焊區(qū)應(yīng)修磨平整，并徹底清除坡口及其周圍20～50㎜以內(nèi)的油水，銹等雜質(zhì)。應(yīng)露出金屬光澤。 3.1.2對(duì)于裂紋類缺陷，為防止理裂擴(kuò)展，可在裂紋兩端鉆直徑為Φ6mm～Φ8mm的止裂孔后再開(kāi)坡口，坡口形式為U形。 3.1.3補(bǔ)焊區(qū)進(jìn)行局部預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250℃，預(yù)熱范圍為補(bǔ)焊區(qū)300㎜左右。 3.1.4禁止在空氣對(duì)流的場(chǎng)所進(jìn)行補(bǔ)焊。 3.1.5焊條為Φ4mm，E5015，使用用前經(jīng)350℃1h 烘焙，或按焊接條說(shuō)明書烘焙，焊條烘焙后放在保溫筒中，隨用隨取。 4補(bǔ)焊 4.1補(bǔ)焊應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的持證焊工進(jìn)行操作。盡可能在水平位置施焊。為了防止未焊透及弧坑裂紋產(chǎn)生，補(bǔ)焊應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得不中斷時(shí)，應(yīng)采取保溫措施。 4.2焊接電流平焊時(shí)140～170A，立焊及仰焊時(shí)130～160A； 4.3焊接電源為直流電焊機(jī)，極性為反接； 4.4補(bǔ)焊時(shí)，焊條不應(yīng)擺動(dòng)過(guò)大，缺陷較大時(shí)應(yīng)分段、交錯(cuò)焊接，采用短弧、窄焊道多層焊。焊接時(shí)各層的每道焊縫后應(yīng)用小手錘或風(fēng)鏟進(jìn)行錘擊以減少焊接應(yīng)力； 4.5補(bǔ)焊過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)裂紋及缺陷，應(yīng)徹底清除后方可繼續(xù)補(bǔ)焊； 4.6同一部位的補(bǔ)焊次數(shù)不得多于三次，超過(guò)上述規(guī)定，須經(jīng)有關(guān)部門認(rèn)可進(jìn)行補(bǔ)焊。 4.7焊后將焊縫打磨平整。 5焊后熱處理及檢驗(yàn) 由于端蓋體積大，用整體熱處理進(jìn)行清除應(yīng)力，難度非常大，因此將補(bǔ)焊區(qū)加熱至500～550℃左右，用石棉布將整個(gè)補(bǔ)焊區(qū)包住，緩慢冷卻到室溫。 焊后對(duì)焊縫進(jìn)行宏觀檢查，不得有裂紋、未焊透、未熔合等焊接缺陷，否則應(yīng)返修，直至合格。返修的次數(shù)應(yīng)符合上述規(guī)定。 6結(jié)論 6.1采用經(jīng)過(guò)計(jì)算確定的焊接工藝規(guī)范參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)焊的產(chǎn)品均合格。 6.2用E5015補(bǔ)焊ZG270—500可使焊縫性能與母材相同。 參考文獻(xiàn)： 1.《焊接材料產(chǎn)品樣本》 機(jī)械工業(yè)出版社 1987 2.《焊工手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1991 作者簡(jiǎn)介：柴進(jìn)考西安電力機(jī)械廠技術(shù)部，現(xiàn)為陜西省電力公司C級(jí)工程技術(shù)專家，高級(jí)工程師，主要從事焊接工藝。