軋機壓下銅螺母的堆焊修復工藝研究

萊蕪鋼鐵集團機械制造有限公司 （山東 271104） 李玉鳳 張慶魁 王 盛 李向榮

1.概述

軋機壓下銅螺母是軋機的主要工件，材質一般為銅合金，起調節軋板厚度的作用。它與壓下螺釘、壓下減速箱、液壓AGC等共同組成軋機的壓下系統；如果銅螺母產生間隙會造成顫動，在使用到一定周期后，內部螺紋絲扣必然產生不同程度的磨損，絲扣壁磨損嚴重的，甚至會造成裂紋，導致失效。近幾年，隨著鋼產量的提高、品種鋼比例的提高，壓下頻率增加、軋制力加大，加劇了壓下銅螺母的磨損失效。而銅螺母的精度失效，直接影響到軋制工藝、軋制效率及產品質量，并且容易造成整個壓下裝置的連動失效，從而影響了設備的正常運行和生產。

如重新制作一件200kg左右的銅螺母，生產成本可達2萬元，而且制作工期也比較長。為了節約采購成本，縮短制作工期，經過縝密的研究及實踐后，決定采用熔化極氬弧焊對銅螺母進行修復。

（1）焊接性分析 軋機壓下銅螺母材質為QAl9－4，化學成分和力學性能如表1、表2所示。

表1 QAl9－4鋁青銅化學成分及標準

表2 QAl9－4鋁青銅室溫拉伸力學性能

QAl9－4為含鐵的鋁青銅，有較高的強度、減摩性和良好的耐蝕性，在熱態下壓力加工性良好，可電焊和氣焊。

（2）技術要求 ①焊接技術規范要求應符合YB/T036.11。②焊縫全部為連續焊縫，所采用的焊絲為LJ－6378，φ1.2mm。③焊縫高度應滿足機械加工余量要求。④焊前對工件進行預熱。⑤焊接過程中應實時進行敲擊減小應力，改善焊縫組織性能，焊后進行熱處理消除殘余內應力。

2.焊接工藝流程及焊前準備

焊接工藝流程：焊前準備工作→焊接→焊后質量檢測。以下為焊前準備工作。

（1）焊接前銅螺母的檢測 ①對需要修復的銅螺母進行著色探傷，檢測螺紋處及端部鍵槽處有無裂紋及磨損情況。著色探傷時，先徹底清除表面的油污，噴涂洗滌劑，用干凈的棉布擦拭，并用熱風吹干，然后在表面噴涂紅色滲透劑，使之形成均勻的薄膜，擱置10～30min，使滲透劑充分滲透到缺陷中，再用洗滌劑洗去表面滲透劑并擦干，最后在表面噴涂顯像劑，便可看到裂紋的位置和大小。②測量實物數據與圖樣數據相比較并做出書面報告。③根據檢測情況，將壓下螺母磨損嚴重的螺紋全部加工去除，如附圖所示。

加工去除螺紋后的銅螺母

（2）焊接材料的選擇 為了提高銅螺母的強度和耐磨性，選用高強度的LJ－6378焊絲，φ1.2mm。由于堆焊層厚度、面積較大，為了提高生產效率、降低工人勞動強度，防止焊接煙塵和金屬粉塵對焊工身體健康的危害，采用高純氬氣體保護焊，氬氣純度≥99.999%，露點≤－50℃，并符合GB/T4842規定。同時還可以降低電弧氣氛的氧化性，防止夾渣物的產生。

（3）設備選擇 焊接設備采用唐山松下KRⅡ350氣體保護焊機。該焊機采用晶閘管來控制焊機的電流輸出及送絲速度，焊機調整連續平滑穩定。焊機為平特性，主要用于CO2氣體保護焊、MIG焊及MAG焊。

3.焊接工藝

（1）焊前預熱 由于銅的導熱性很高，焊接時熱量極易散失，因此焊前必須預熱。而且，預熱也可改善焊接應力分布，減少應力腐蝕開裂的危險程度。預熱時應將銅螺母堆焊區加熱到230℃左右，并使堆焊區整個截面熱透，且應維持到焊接結束。

（2）焊接參數 第一，焊接電流與電弧電壓：焊接電流是確定焊縫成形的主要因素之一。

試驗表明，當采用氬弧焊選擇φ1.2mm的焊絲時，焊接電流為250～400A較為合適，這時可將弧長控制在噴射過渡區與短路過渡區之間，進行亞射流電弧焊接。

焊接銅螺母時，工件平放，為防止銅中毒，應保持空氣流通，要短弧施焊，一般不應作橫向擺動，焊接熱輸入宜稍大些。為了減少焊接飛濺，提高焊接質量，故選用焊接電流280～300A，焊接電壓23～25V，氣體流量20L/min。

第二，焊接速度：當焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓為定值時，熔深、熔寬和每層的高度將隨著焊接速度的增加而減小。

焊接采用多層焊法或多層多道焊法。焊接順序為焊完第一層后，將焊道相對位置的焊道，用同樣的焊接方法施焊，待銅螺母所有焊道第一層全部焊完后，再進行第二層焊接。焊接過程中注意實時用小錘頭敲擊焊道，以減小焊接應力，改善焊縫組織性能。待銅螺母整體焊好后，再進行熱處理以消除殘余內應力。

（3）注意事項 第一，焊絲的干伸長度控制：焊絲的干伸長度對焊接過程影響較大。焊絲的干伸長度越長，焊絲的電阻值越大，在焊接過程中易造成電弧不穩定，飛濺增大，焊縫成形差；同時氣體保護變差，空氣容易進入產生氣孔。如果焊絲干伸長度過短，則焊接電流增大，噴嘴和工件距離縮短，影響操作者的焊接視線，焊縫成形差；并使噴嘴過熱，使飛濺物粘住或堵塞噴嘴，使焊縫產生氣孔，影響焊接質量。一般在焊接過程中，焊絲的伸出長度是焊絲直徑的10～15倍最好。

第二，焊接質量的控制：焊接時應盡量減少焊接接頭，若需要接頭時，用角磨機把弧坑部位打磨成緩坡形，接頭時焊絲頂端對準緩坡焊接，當焊絲燃燒到緩坡的最薄處，正常擺動焊絲即可。為保證焊接質量和防止變形，應使層與層之間的焊接方向相反，焊縫接頭也相應錯開。焊接即將結束時，焊槍不要馬上離開弧坑，防止產生氣孔、裂紋等缺陷。

4.焊后質量檢測

（1）外觀檢測 焊縫不得有表面氣孔、夾渣、裂紋、咬邊、弧坑及內凹等缺陷，焊縫上的熔渣及飛濺物必須清除干凈。

（2）尺寸檢查 包括焊縫余高、焊縫余高差、焊縫寬度等，焊縫邊緣應圓滑過渡到母材，堆焊層余量應滿足機械加工的要求。

（3）無損檢測 銅螺母堆焊區的每層焊縫以及整體焊完熱處理前、后均應進行著色探傷，探傷合格后，方可進行機械加工。

在后續的螺紋加工過程中，未發現焊接缺陷，說明采用該焊接工藝進行銅螺母堆焊修復方案可行。

5.結語

（1）采用氬弧焊對銅螺母進行修復，效果較好，未發現任何焊接缺陷，深受客戶歡迎。既為客戶節約了資金，又節省了時間。

（2）氬弧焊屬于明弧焊，熔池清晰可見，易于操作，且焊絲與母材熔合較好，焊接缺陷少。

生產實踐證明，此工藝成本較低，經濟性好，易于操作，值得推廣。（20130802）