35CrMoA風機主軸焊接修復工藝

吳顯宏+李慶楓

【摘 要】 通過對35CrMoA材質的焊接性分析和主軸結構分析，根據工程現場實際情況，合理選擇焊材和焊接及熱處理工藝參數，對風機主軸的磨損部位進行焊接修復。修復后軸經機床精加工后，風機連續7個月運行正常，為同類軸的焊接修復提供了可行的方法。

【關鍵詞】 35CrMoA 風機主軸 磨損 焊接修復

越南冒溪工程在#1爐檢修過程中發現， B引風機主軸非驅動端軸承位嚴重損傷，磨損深度最深位置約10mm左右，主軸磨損情況見圖1。

由于檢修工期較短，重新采購主軸所需時間較長，無法滿足機組重新啟動的工期要求，因此采用現場補焊的方法對其進行修復。

1 概述

該引風機主軸材質為35CrMoA，在調質狀態下供貨。35CrMoA是一種中碳低合金結構鋼，在調質狀態下有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下有高的蠕變強度與持久強度，長期工作溫度可達500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。其化學成分見表1。

35CrMoA調質狀態下的力學性能見表2。

2 35CrMoA焊接性分析

2.1 冷裂敏感性

用碳當量法進行焊接性分析，碳當量越大，淬硬傾向越大，越易產生冷冷裂紋。當CEV<0.4%時，鋼材焊接冷裂傾向不大；當0.4%≤CEV<0.6%時，鋼材焊接冷裂傾向較顯著，焊接性較差；當CEV>0.6%時，鋼材焊接冷裂傾向嚴重，焊接性能很差。

對于C≥0.18%的低合金結構鋼材料焊接性分析，通常采用國際焊接學會（IIW ）推薦的碳當量計算公式來評價：

CEV=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

根據廠家提供的材質質量證明書中的化學成分計算，主軸的CEV為0.66，表明該鋼材焊接冷裂傾向嚴重，焊接性能很差。因此，在焊接過程中應采取焊前預熱，控制焊縫中的含氫量和降低焊接接頭應力等措施。

2.2 熱裂紋敏感性

由于35CrMoA中碳含量高，導致S、P偏析傾向變大，結晶裂紋傾向增大；并且由于35CrMoA中碳及合金含量高，熔池的結晶溫度區間大，亦導致結晶裂紋傾向增大。因此，在焊接過程中，應盡量選用含碳量比母材低、硫磷等雜質少的焊材，并且焊接操作時應注意填滿弧坑及保證良好的焊縫成形。

2.3 過熱區脆化

由于中碳調質鋼具有相當大的淬硬性，在焊接熱影響區的過熱區內很容易產生硬脆的高碳馬氏體。冷卻速度越大，生成高碳馬氏體就越多，脆化也就越嚴重。由于小熱輸入量可減少高溫停留時間，避免奧氏體晶體過熱增加奧氏體內部成分的不均勻性，從而降低其穩定性；預熱和緩冷能降低冷卻速度，改善過熱區性能。因此，焊接過程中宜采用小焊接熱輸入并采取預熱、緩冷等工藝措施。

2.4 熱影響區軟化

中碳調質鋼在調質狀態下焊接時，熱影響區上凡是加熱溫度高于母材回火溫度至Ac1的區域，由于碳化物的積聚長大而使得鋼材軟化，軟化區的軟化程度和寬度與焊接熱輸入有關，熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，受熱時間越短，其軟化程度和寬度就越小。因此，焊接時應采用熱能集中、熱輸入較小的焊接方法，以減小軟化區間和軟化程度。

3 焊接工藝措施

由于施工現場條件限制，主軸只能在調質狀態下焊接；并且主軸需要修補的整個磨損的軸承面，修補厚度最大近10mm，修補的焊縫受扭矩力的作用，需要考慮強度因素。結合35CrMoA的焊接性，制定了以下焊接工藝：

3.1 焊前打磨

焊前對待修補面用角磨機進行打磨，去除軸承位的氧化層、油、銹等對焊接有害的雜質，并打磨去除尖銳的凸起層，整個待修補面露出金屬光澤，并圓滑過渡。

3.2 焊前預熱及層間溫度控制

根據母材材質，選擇預熱溫度為200～300℃，使用遠紅外電阻加熱，整個焊接過程保證層間溫度在200～300℃，使用熱處理溫控儀全程控溫。

3.3 焊接方法

與母材結合的第一層和次層，使用GTAW方法焊接，以減小母材過熱區的脆化和熱影響區軟化，剩余堆焊層使用SMAW方法焊接，以提高焊接效率。

3.4 焊接材料

軸越接近表面，承受的扭矩力越大，選擇焊接材料時需要考慮強度和成分的影響；又考慮母材的熱裂敏感性，需選擇含碳量比母材低、硫磷等雜質少的焊材，因此選用與35CrMoA成分相近的TIG-R30焊絲和E5515-B2（R307）焊條。

3.5 焊接工藝參數（見表3）

3.6 焊接操作工藝

（1）焊接前，用石棉布包扎待焊部位兩端的軸和軸端螺紋部位，以防止焊接飛濺損傷螺紋和軸面。

（2）焊條使用前，在350℃下烘焙1h，放入100～120℃的保溫筒內，隨取隨用。

（3）由于待焊軸面直徑為200mm，如果安排兩名焊工同時施焊，軸所受的熱輸入量過大，t8/5變大，造成熱影響區軟化加劇。因此安排一名焊工，按照圓周方向焊接，焊接順序見圖2

（4）焊接時采用多層多道焊，當整個軸面焊接完一層后再進行下一層的焊接。采用小線能量進行焊接，在保證熔合良好的情況下，盡量減小電流，并控制焊層厚度不大于3mm。施焊中層間接頭錯開至少20mm，注意接頭和收弧質量，收弧時應將熔池填滿，以免產生弧坑裂紋。

（5）堆焊厚度比軸設計尺寸高2～3mm，以留出機加工余量。

3.7 焊后熱處理

堆焊完成后，經外觀檢驗合格后，立即進行焊后回火處理，焊后熱處理采用局部電阻加熱的方法。由于軸是在調質狀態下焊接，焊后不再進行調質處理，焊后回火溫度，應控制在比母材淬火后的回火溫度低50℃，避免造成母材回火軟化，因此確定回火溫度500℃。由于補焊焊縫厚度大概為13mm，堆焊部位直徑200mm，確定升降溫速度60℃/h，高溫區恒溫4h，300℃以下不控制降溫速度。預熱及焊后熱處理曲線如圖3。

4 無損檢驗

焊接熱處理后，對主軸堆焊部位進行PT檢驗，未發現裂紋等開口性缺陷；機加工完畢后，對軸進行PT和UT檢驗，未發現超標缺陷。

5 結語

主軸堆焊修復后，修復部位經機床精加工，尺寸達到了原設計精度要求，風機重新裝配后，振動值在標準范圍內，運行平穩良好，已連續運行7個月，無任何異常。實踐證明，該焊接工藝能用于35CrMoA風機類軸的大面積磨損的修復，能降低檢修成本，縮短檢修工期，具有實用價值。

參考文獻：

[1]《焊接工程師手冊》—陳祝年編著，機械工業出版社，2002年.

[2]《火力發電廠焊接技術規程》（DL/T869-2012）—中國電力出版社.

[3]《火力發電廠焊接熱處理技術規程》（DL/T819-2002）—中國電力出版社.

[4]《合金結構鋼》（GB/T 3077-1999）—中國標準出版社.endprint

【摘 要】 通過對35CrMoA材質的焊接性分析和主軸結構分析，根據工程現場實際情況，合理選擇焊材和焊接及熱處理工藝參數，對風機主軸的磨損部位進行焊接修復。修復后軸經機床精加工后，風機連續7個月運行正常，為同類軸的焊接修復提供了可行的方法。

【關鍵詞】 35CrMoA 風機主軸 磨損 焊接修復

越南冒溪工程在#1爐檢修過程中發現， B引風機主軸非驅動端軸承位嚴重損傷，磨損深度最深位置約10mm左右，主軸磨損情況見圖1。

由于檢修工期較短，重新采購主軸所需時間較長，無法滿足機組重新啟動的工期要求，因此采用現場補焊的方法對其進行修復。

1 概述

該引風機主軸材質為35CrMoA，在調質狀態下供貨。35CrMoA是一種中碳低合金結構鋼，在調質狀態下有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下有高的蠕變強度與持久強度，長期工作溫度可達500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。其化學成分見表1。

35CrMoA調質狀態下的力學性能見表2。

2 35CrMoA焊接性分析

2.1 冷裂敏感性

用碳當量法進行焊接性分析，碳當量越大，淬硬傾向越大，越易產生冷冷裂紋。當CEV<0.4%時，鋼材焊接冷裂傾向不大；當0.4%≤CEV<0.6%時，鋼材焊接冷裂傾向較顯著，焊接性較差；當CEV>0.6%時，鋼材焊接冷裂傾向嚴重，焊接性能很差。

對于C≥0.18%的低合金結構鋼材料焊接性分析，通常采用國際焊接學會（IIW ）推薦的碳當量計算公式來評價：

CEV=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

根據廠家提供的材質質量證明書中的化學成分計算，主軸的CEV為0.66，表明該鋼材焊接冷裂傾向嚴重，焊接性能很差。因此，在焊接過程中應采取焊前預熱，控制焊縫中的含氫量和降低焊接接頭應力等措施。

2.2 熱裂紋敏感性

由于35CrMoA中碳含量高，導致S、P偏析傾向變大，結晶裂紋傾向增大；并且由于35CrMoA中碳及合金含量高，熔池的結晶溫度區間大，亦導致結晶裂紋傾向增大。因此，在焊接過程中，應盡量選用含碳量比母材低、硫磷等雜質少的焊材，并且焊接操作時應注意填滿弧坑及保證良好的焊縫成形。

2.3 過熱區脆化

由于中碳調質鋼具有相當大的淬硬性，在焊接熱影響區的過熱區內很容易產生硬脆的高碳馬氏體。冷卻速度越大，生成高碳馬氏體就越多，脆化也就越嚴重。由于小熱輸入量可減少高溫停留時間，避免奧氏體晶體過熱增加奧氏體內部成分的不均勻性，從而降低其穩定性；預熱和緩冷能降低冷卻速度，改善過熱區性能。因此，焊接過程中宜采用小焊接熱輸入并采取預熱、緩冷等工藝措施。

2.4 熱影響區軟化

中碳調質鋼在調質狀態下焊接時，熱影響區上凡是加熱溫度高于母材回火溫度至Ac1的區域，由于碳化物的積聚長大而使得鋼材軟化，軟化區的軟化程度和寬度與焊接熱輸入有關，熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，受熱時間越短，其軟化程度和寬度就越小。因此，焊接時應采用熱能集中、熱輸入較小的焊接方法，以減小軟化區間和軟化程度。

3 焊接工藝措施

由于施工現場條件限制，主軸只能在調質狀態下焊接；并且主軸需要修補的整個磨損的軸承面，修補厚度最大近10mm，修補的焊縫受扭矩力的作用，需要考慮強度因素。結合35CrMoA的焊接性，制定了以下焊接工藝：

3.1 焊前打磨

焊前對待修補面用角磨機進行打磨，去除軸承位的氧化層、油、銹等對焊接有害的雜質，并打磨去除尖銳的凸起層，整個待修補面露出金屬光澤，并圓滑過渡。

3.2 焊前預熱及層間溫度控制

根據母材材質，選擇預熱溫度為200～300℃，使用遠紅外電阻加熱，整個焊接過程保證層間溫度在200～300℃，使用熱處理溫控儀全程控溫。

3.3 焊接方法

與母材結合的第一層和次層，使用GTAW方法焊接，以減小母材過熱區的脆化和熱影響區軟化，剩余堆焊層使用SMAW方法焊接，以提高焊接效率。

3.4 焊接材料

軸越接近表面，承受的扭矩力越大，選擇焊接材料時需要考慮強度和成分的影響；又考慮母材的熱裂敏感性，需選擇含碳量比母材低、硫磷等雜質少的焊材，因此選用與35CrMoA成分相近的TIG-R30焊絲和E5515-B2（R307）焊條。

3.5 焊接工藝參數（見表3）

3.6 焊接操作工藝

（1）焊接前，用石棉布包扎待焊部位兩端的軸和軸端螺紋部位，以防止焊接飛濺損傷螺紋和軸面。

（2）焊條使用前，在350℃下烘焙1h，放入100～120℃的保溫筒內，隨取隨用。

（3）由于待焊軸面直徑為200mm，如果安排兩名焊工同時施焊，軸所受的熱輸入量過大，t8/5變大，造成熱影響區軟化加劇。因此安排一名焊工，按照圓周方向焊接，焊接順序見圖2

（4）焊接時采用多層多道焊，當整個軸面焊接完一層后再進行下一層的焊接。采用小線能量進行焊接，在保證熔合良好的情況下，盡量減小電流，并控制焊層厚度不大于3mm。施焊中層間接頭錯開至少20mm，注意接頭和收弧質量，收弧時應將熔池填滿，以免產生弧坑裂紋。

（5）堆焊厚度比軸設計尺寸高2～3mm，以留出機加工余量。

3.7 焊后熱處理

堆焊完成后，經外觀檢驗合格后，立即進行焊后回火處理，焊后熱處理采用局部電阻加熱的方法。由于軸是在調質狀態下焊接，焊后不再進行調質處理，焊后回火溫度，應控制在比母材淬火后的回火溫度低50℃，避免造成母材回火軟化，因此確定回火溫度500℃。由于補焊焊縫厚度大概為13mm，堆焊部位直徑200mm，確定升降溫速度60℃/h，高溫區恒溫4h，300℃以下不控制降溫速度。預熱及焊后熱處理曲線如圖3。

4 無損檢驗

焊接熱處理后，對主軸堆焊部位進行PT檢驗，未發現裂紋等開口性缺陷；機加工完畢后，對軸進行PT和UT檢驗，未發現超標缺陷。

5 結語

主軸堆焊修復后，修復部位經機床精加工，尺寸達到了原設計精度要求，風機重新裝配后，振動值在標準范圍內，運行平穩良好，已連續運行7個月，無任何異常。實踐證明，該焊接工藝能用于35CrMoA風機類軸的大面積磨損的修復，能降低檢修成本，縮短檢修工期，具有實用價值。

參考文獻：

[1]《焊接工程師手冊》—陳祝年編著，機械工業出版社，2002年.

[2]《火力發電廠焊接技術規程》（DL/T869-2012）—中國電力出版社.

[3]《火力發電廠焊接熱處理技術規程》（DL/T819-2002）—中國電力出版社.

[4]《合金結構鋼》（GB/T 3077-1999）—中國標準出版社.endprint

【摘 要】 通過對35CrMoA材質的焊接性分析和主軸結構分析，根據工程現場實際情況，合理選擇焊材和焊接及熱處理工藝參數，對風機主軸的磨損部位進行焊接修復。修復后軸經機床精加工后，風機連續7個月運行正常，為同類軸的焊接修復提供了可行的方法。

【關鍵詞】 35CrMoA 風機主軸 磨損 焊接修復

越南冒溪工程在#1爐檢修過程中發現， B引風機主軸非驅動端軸承位嚴重損傷，磨損深度最深位置約10mm左右，主軸磨損情況見圖1。

由于檢修工期較短，重新采購主軸所需時間較長，無法滿足機組重新啟動的工期要求，因此采用現場補焊的方法對其進行修復。

1 概述

該引風機主軸材質為35CrMoA，在調質狀態下供貨。35CrMoA是一種中碳低合金結構鋼，在調質狀態下有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下有高的蠕變強度與持久強度，長期工作溫度可達500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。其化學成分見表1。

35CrMoA調質狀態下的力學性能見表2。

2 35CrMoA焊接性分析

2.1 冷裂敏感性

用碳當量法進行焊接性分析，碳當量越大，淬硬傾向越大，越易產生冷冷裂紋。當CEV<0.4%時，鋼材焊接冷裂傾向不大；當0.4%≤CEV<0.6%時，鋼材焊接冷裂傾向較顯著，焊接性較差；當CEV>0.6%時，鋼材焊接冷裂傾向嚴重，焊接性能很差。

對于C≥0.18%的低合金結構鋼材料焊接性分析，通常采用國際焊接學會（IIW ）推薦的碳當量計算公式來評價：

CEV=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

根據廠家提供的材質質量證明書中的化學成分計算，主軸的CEV為0.66，表明該鋼材焊接冷裂傾向嚴重，焊接性能很差。因此，在焊接過程中應采取焊前預熱，控制焊縫中的含氫量和降低焊接接頭應力等措施。

2.2 熱裂紋敏感性

由于35CrMoA中碳含量高，導致S、P偏析傾向變大，結晶裂紋傾向增大；并且由于35CrMoA中碳及合金含量高，熔池的結晶溫度區間大，亦導致結晶裂紋傾向增大。因此，在焊接過程中，應盡量選用含碳量比母材低、硫磷等雜質少的焊材，并且焊接操作時應注意填滿弧坑及保證良好的焊縫成形。

2.3 過熱區脆化

由于中碳調質鋼具有相當大的淬硬性，在焊接熱影響區的過熱區內很容易產生硬脆的高碳馬氏體。冷卻速度越大，生成高碳馬氏體就越多，脆化也就越嚴重。由于小熱輸入量可減少高溫停留時間，避免奧氏體晶體過熱增加奧氏體內部成分的不均勻性，從而降低其穩定性；預熱和緩冷能降低冷卻速度，改善過熱區性能。因此，焊接過程中宜采用小焊接熱輸入并采取預熱、緩冷等工藝措施。

2.4 熱影響區軟化

中碳調質鋼在調質狀態下焊接時，熱影響區上凡是加熱溫度高于母材回火溫度至Ac1的區域，由于碳化物的積聚長大而使得鋼材軟化，軟化區的軟化程度和寬度與焊接熱輸入有關，熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，受熱時間越短，其軟化程度和寬度就越小。因此，焊接時應采用熱能集中、熱輸入較小的焊接方法，以減小軟化區間和軟化程度。

3 焊接工藝措施

由于施工現場條件限制，主軸只能在調質狀態下焊接；并且主軸需要修補的整個磨損的軸承面，修補厚度最大近10mm，修補的焊縫受扭矩力的作用，需要考慮強度因素。結合35CrMoA的焊接性，制定了以下焊接工藝：

3.1 焊前打磨

焊前對待修補面用角磨機進行打磨，去除軸承位的氧化層、油、銹等對焊接有害的雜質，并打磨去除尖銳的凸起層，整個待修補面露出金屬光澤，并圓滑過渡。

3.2 焊前預熱及層間溫度控制

根據母材材質，選擇預熱溫度為200～300℃，使用遠紅外電阻加熱，整個焊接過程保證層間溫度在200～300℃，使用熱處理溫控儀全程控溫。

3.3 焊接方法

與母材結合的第一層和次層，使用GTAW方法焊接，以減小母材過熱區的脆化和熱影響區軟化，剩余堆焊層使用SMAW方法焊接，以提高焊接效率。

3.4 焊接材料

軸越接近表面，承受的扭矩力越大，選擇焊接材料時需要考慮強度和成分的影響；又考慮母材的熱裂敏感性，需選擇含碳量比母材低、硫磷等雜質少的焊材，因此選用與35CrMoA成分相近的TIG-R30焊絲和E5515-B2（R307）焊條。

3.5 焊接工藝參數（見表3）

3.6 焊接操作工藝

（1）焊接前，用石棉布包扎待焊部位兩端的軸和軸端螺紋部位，以防止焊接飛濺損傷螺紋和軸面。

（2）焊條使用前，在350℃下烘焙1h，放入100～120℃的保溫筒內，隨取隨用。

（3）由于待焊軸面直徑為200mm，如果安排兩名焊工同時施焊，軸所受的熱輸入量過大，t8/5變大，造成熱影響區軟化加劇。因此安排一名焊工，按照圓周方向焊接，焊接順序見圖2

（4）焊接時采用多層多道焊，當整個軸面焊接完一層后再進行下一層的焊接。采用小線能量進行焊接，在保證熔合良好的情況下，盡量減小電流，并控制焊層厚度不大于3mm。施焊中層間接頭錯開至少20mm，注意接頭和收弧質量，收弧時應將熔池填滿，以免產生弧坑裂紋。

（5）堆焊厚度比軸設計尺寸高2～3mm，以留出機加工余量。

3.7 焊后熱處理

堆焊完成后，經外觀檢驗合格后，立即進行焊后回火處理，焊后熱處理采用局部電阻加熱的方法。由于軸是在調質狀態下焊接，焊后不再進行調質處理，焊后回火溫度，應控制在比母材淬火后的回火溫度低50℃，避免造成母材回火軟化，因此確定回火溫度500℃。由于補焊焊縫厚度大概為13mm，堆焊部位直徑200mm，確定升降溫速度60℃/h，高溫區恒溫4h，300℃以下不控制降溫速度。預熱及焊后熱處理曲線如圖3。

4 無損檢驗

焊接熱處理后，對主軸堆焊部位進行PT檢驗，未發現裂紋等開口性缺陷；機加工完畢后，對軸進行PT和UT檢驗，未發現超標缺陷。

5 結語

主軸堆焊修復后，修復部位經機床精加工，尺寸達到了原設計精度要求，風機重新裝配后，振動值在標準范圍內，運行平穩良好，已連續運行7個月，無任何異常。實踐證明，該焊接工藝能用于35CrMoA風機類軸的大面積磨損的修復，能降低檢修成本，縮短檢修工期，具有實用價值。

參考文獻：

[1]《焊接工程師手冊》—陳祝年編著，機械工業出版社，2002年.

[2]《火力發電廠焊接技術規程》（DL/T869-2012）—中國電力出版社.

[3]《火力發電廠焊接熱處理技術規程》（DL/T819-2002）—中國電力出版社.

[4]《合金結構鋼》（GB/T 3077-1999）—中國標準出版社.endprint