蒸汽煅燒爐擋輪軸堆焊修復

張占德,盧玉澎,楊 磊

(唐山三友化工股份公司 制修分公司,河北 唐山 063305)

蒸汽煅燒爐擋輪軸堆焊修復

張占德,盧玉澎,楊 磊

(唐山三友化工股份公司 制修分公司,河北 唐山 063305)

通過45鋼的焊接性能分析,制定了合理的焊接工藝,成功地堆焊修復了蒸汽煅燒爐擋輪軸。

擋輪軸;堆焊修復

1 概 況

擋輪是蒸汽煅燒爐系統中的一個重要部件,位于固定端滾圈的前后側面。擋輪軸長期承受彎矩和轉矩,軸頸及軸肩嚴重磨損,表面出現剝落、凹坑,局部存在條形溝槽刮痕,嚴重影響生產使用,決定對其進行修復。圖1為擋輪結構圖。

擋輪軸長693.5 mm,重231 kg,軸頸及軸心處有直徑8 mm油孔(見圖2)。修復方案分為兩步:首先對其磨損的軸頸(φ200)、軸肩(φ220)表面進行堆焊,再通過機械加工的方式恢復其形狀尺寸及表面精度,從而達到設計、使用要求。

圖1 擋輪結構圖

圖2 擋輪軸簡圖

2 擋輪軸材質焊接性能分析

擋輪軸材質為45鋼,屬于中碳鋼,經正火處理。其化學成分及機械性能如表1所示:

表1 45鋼化學成分及機械性能

根據碳鋼常用的碳當量計算公式:

可計算出45鋼的碳當量:

由計算結果可知45鋼含碳量高,淬硬傾向大,焊接性能差。焊接時主要問題有:

1)容易在焊縫中產生氣孔和熱裂紋:焊接時,相當數量母材會熔化進入焊縫,使其含碳量增高,凝固溫度區間增加,偏析現象隨之增大,產生熱裂紋的傾向也增大。由于焊縫金屬含碳量較大,產生CO氣孔的可能性也增大。

2)容易在熱影響區產生冷裂紋:45鋼焊接時,在熱影響區產生塑性很低的淬硬組織,碳當量越高,淬硬傾向越大,當零件厚度、剛性較大時,在熱影響區易產生冷裂紋,當焊縫金屬含碳量較高時,也可能產生冷裂紋。

針對以上分析結果,在制定焊接工藝時,必須考慮合理的焊前預熱溫度、方法,盡量防止金屬元素的滲透稀釋,保證堆焊質量。

3 焊接工藝的制定、實施

3.1 焊接方法及焊接材料的選擇

選擇焊接方法的原則是減小輸入熱量,減少母材金屬熔入量,根據車間實際情況,選用手工電弧焊,其特點是操作方便、靈活,不受工件形狀及焊接位置的限制,容易控制較小的熔合比。

焊接材料選用J507碳鋼焊條,主要考慮到提高抗裂性以及與母材金屬的等強性兩點。J507屬于低氫鈉型堿性焊條,抗冷冽和抗熱裂性能較好,焊縫金屬的力學性能符合等強度要求,可以達到理想的焊接效果,其化學成分及焊縫金屬機械性能如表2所示。

表2 J507焊條主要化學成分及焊縫金屬機械性能

3.2 焊接工藝參數

焊接方法為對稱平行式焊接,分兩層堆焊;第一層輸入較小線能量,盡量防止金屬元素的滲透稀釋,具體工藝參數如表3所示。

表3 擋輪軸堆焊焊接工藝參數

3.3 實施方法

1)焊前準備

首先用汽油、丙酮等溶劑清除擋輪軸表面的油污、銹跡,檢查處理剝落、刮痕等缺陷(可以使用碳弧氣刨將磨損處碎鐵屑清除干凈)。用炭棒填塞油孔,用濕布將堆焊鄰近部位表面包好防止飛濺,將工件用V型鐵支撐,水平放置。

2)預熱

用氧—乙炔焰對施焊部位進行預熱,預熱溫度200℃,時間1～1.5 h。

3)焊接

將擋輪軸沿周向均分為8等分,按順序對稱焊接,采用直流反接電源,小電流、快焊速。直線焊不超過40 mm,前后焊道以重疊1/3～1/2為宜,施焊方式及順序如圖3所示,施焊過程中,不允許在軸面上引弧,每次熄弧后,必須徹底清除焊渣,并用小錘敲擊焊縫,消除焊接應力,待工件冷卻到<30℃時再施焊;在保留2～3 mm加工余量的基礎上焊接層厚度應達到6～8 mm。

圖3 對稱平行式堆焊方法

4 檢 驗

擋輪軸焊接完畢,整體冷卻至常溫,對軸頸、軸肩等焊接部位進行宏觀檢驗。檢驗中發現母材與堆焊層金屬結合良好,焊層表面無裂紋、剝離。去除填充碳棒,按設計要對擋輪軸進行機械加工,車削過程中未發現堆焊層存在夾渣、氣孔、裂紋等缺陷,完全滿足使用要求。

5 結 論

1)擋輪軸的堆焊修復部位在軸端,削弱了焊接過程中的焊接應力與焊接變形;通過減小輸入熱量(小電流焊接),在軸的完好部位包裹濕布降溫的方法,進一步防止了軸的整體性退火,投入使用后效果良好。

2)堆焊后的擋輪軸至少能使用一個大修期,有的壽命更長,修復成本也遠低于新品的購置費用,達到了修舊利廢、節約成本的目的,值得在以后的工作中進一步推廣。

[1] 劉家發.焊工手冊—手工焊接與切割[M].北京:機械工業出版社,308～310

[2] 陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京:機械工業出版社, 1199～1202

[3] 國家機械工業委員會.焊接材料產品樣本[M].北京:機械工業出版社,122～123

TQ 114.15

B

1005-8370(2010)04—35—03

2010-04-16

張占德(1983—),2007年畢業于河北科技大學過程裝備與控制工程專業,現任唐山三友化工股份公司制修分公司技術員,助理工程師。