應用耐磨堆焊金屬粉型藥芯焊絲焊接修復GK400N密煉機轉子

王超群

(三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200)

公司GK400N益陽產密煉機肩負著多種膠料的塑煉、混煉和終煉，其工作性能、運行狀況直接影響到密煉機的生產效率和煉膠質量。轉子是密煉機的主要工作部件，其在煉膠過程中承受著膠料強烈的摩擦、擠壓等作用，經過多年摩擦、腐蝕等，出現不同程度的磨損，修復起來體現出難度大、工作繁雜的技術特點，維修質量的高低也反映出大修工作的水準。

1 大修前轉子磨損情況

GK400N密煉機轉子屬ZZ2型轉子，是剪切方式的典型轉子，每根轉子有兩對長棱和兩對短棱，平行、對稱軸心分布，由20Mn合金鑄鋼整體鑄成的轉子體和40Cr調質鋼長軸裝配而成，與膠料接觸的部分堆焊了一層耐磨硬質合金。如圖1，轉子棱部單邊磨損2～3 mm，斷面單邊磨損約2 mm，且出現深約3 mm的環狀溝，轉子圓弧面出現數個深度達4～6 mm的凹坑。轉子兩端軸頸與耐磨板配合處磨損比較嚴重，徑向磨損間隙達到4～5 mm，轉子軸頸磨損1.5～2.5 mm，磨損寬度60 mm左右。根據轉子磨損情況，應用耐磨堆焊金屬粉型藥芯焊絲進行焊接修復。

圖1 GK400N密煉機轉子磨損修復示意圖

2 金屬粉型藥芯焊絲焊接修復特性

金屬粉型藥芯焊絲是目前國際焊接技術發展的新趨勢，其藥芯大部分是金屬粉（鐵粉、脫氧粉等），兼有穩弧劑和造渣劑。金屬粉型藥芯焊絲既有實心焊絲渣量少的優點，又有高熔覆速度、低飛濺型的特點，而且氫含量可以控制在低水平，使抗裂性能得以提高。特性主要為：

2.1 渣量少

金屬粉型藥芯焊絲含有少量的造渣劑，焊接時產生的焊渣較普通藥芯焊絲少，其焊渣量只是普通藥芯焊絲的1/3，可以連續進行多層焊接3～4層。

2.2 熔覆速度快

金屬粉型藥芯焊絲的藥粉中鐵粉占1/2以上，可大幅度提高焊絲熔覆速度，可比實心焊絲熔覆速度快約20%，另外，焊接過程中電弧較軟，飛濺量、生塵量較實心焊絲減少一半。

2.3 多品種、高性能、經濟性

金屬粉型藥芯焊絲通過改變合金粉芯的組成，制造出多種特定要求的焊絲。如金屬粉芯含合金元素Si，可改善焊縫邊緣的過渡，減少凸度；增大施焊電流，可使熔深增加，坡口熔化良好；金屬藥粉中加入穩弧劑，可減少飛濺，改善焊縫外觀等等。由于金屬藥粉中鐵粉比重含量大，其成本較普通熔渣型藥芯焊絲低。

3 金屬粉型藥芯焊絲焊接工藝

3.1 焊接材料和工藝參數

為保證轉子焊接維修質量和修復后的幾何尺寸要求，需正確選擇焊接材料和焊接方法，精確控制焊接修復過程的工藝參數。密煉機轉子凸楞采用高鉻高碳鑄鐵型耐磨堆焊金屬粉型藥芯焊絲作為堆焊材料，焊絲含鉻量在20%以上，含碳量在2.0%以上，此兩種合金元素含量較高，也表現出其堆焊層硬度高，可達HRC 55～62，然而，由于堆焊層中含有高硬度的碳化物，致使堆焊層塑性較差，出現細微龜裂紋。轉子軸采用調制鋼加工，軸頸焊接時，焊接材料選用鉻含量和碳含量偏低，焊接后具備可加工性能。轉子凸棱、工作面和轉子軸頸根據磨損情況需焊接厚度在2～8 mm，采用熔化極耐磨堆焊藥芯焊絲CO2氣體保護焊接工藝，焊接一層或多層可達到厚度要求。

轉子凸楞和工作面修復選擇焊接材料為氣保護耐磨堆焊金屬粉型藥芯焊絲LQ451，其化學成分、焊接工藝見表1、表2。

表1 LQ451藥芯焊絲化學成分及硬度

表2 LQ451藥芯焊絲焊接工藝

轉子軸頸修復使用LQ517氣保護耐磨堆焊金屬粉型藥芯焊絲，適合堆焊磨損的低合金鋼軸。其化學成分、焊接工藝見表3、表4。

表3 LQ517藥芯焊絲化學成分及硬度

表4 LQ517藥芯焊絲焊接工藝

選擇焊機專業制造廠商松下YD-500KR2二氧化碳氣體保護焊機，晶閘管控制方式，送絲裝置YW–50KB3HAE， 焊槍 YT–50CS3VTA 。主要技術參數：

額定輸入電壓、相數:AC380/相;

輸入電源頻率/Hz:50/60;

額定輸入容量/kVA:KW 31.9/28.1;

額定輸入電流/A:500;

額定輸入電壓/V:39;輸出電流范圍/A:60～550;輸出電壓范圍/V:17～41.5;冷卻方式:強制風冷;

適用焊絲類型 :實芯/藥芯;

適用焊絲直徑/mm:實芯1.2/1.4/1.6，藥芯1.2/1.4/1.6。

3.2 轉子凸棱和工作面的修復

轉子凸棱和工作面與膠料直接接觸，尤其以轉子凸棱磨損最為嚴重。修復前，要對每根轉子凸棱和工作面進行測量， 根據磨損情況，按照轉子標準尺寸樣板確定堆焊量。焊接參數：焊絲直徑1.6 mm，焊接電流310 A，電弧電壓 28～29 V，CO2流量 25～28 L/min，送絲速度12 m/min。

工藝過程如下：

（1）焊前清除轉子表面的油、銹等污物；仔細檢查堆焊合金層與母體的結合情況，發現不牢處使用扁鏟或角向磨光機清除。再使用角向磨光機沿待堆焊部位磨出U型坡口，根部打磨成圓弧狀。

（2）將轉子加溫到200～300℃（僅要求堆焊段達到該溫度），在熱狀態下堆焊，若焊接過程中溫度下降，低于200℃時繼續加溫。

（3）最好將裝置夾持在車床上或放于可轉動的架子上，使堆焊處始終處于水平的位置。同時，便于隨時測量堆焊變形情況， 可根據變形量隨時進行校正 。

（4）修復轉子凸棱時，要從轉子棱峰處開始分別向兩側施焊。逐層堆焊，直至焊完一條棱，然后轉子對稱棱上按相同方法施焊，直到全部焊完。

（5）堆焊轉子工作面時，由于工作面較大，堆焊時間長，要保持焊機參數不變，焊接凸棱和工作面焊縫平滑過渡。

（6）焊接完成后，轉子凸棱的整體輪廓要與樣板比較，留出打磨余量，高點不能超出標準0.5 mm，堆焊時會出現釋放應力短裂紋，不影響使用，長裂紋不超過2條，裂紋寬度≤0.15 mm，表面無氣孔。焊接完成后整個轉子的撓度變形量要控制在 0.12 mm范圍以內，否則要通過反向堆焊等方式在撓度變形的位置對撓度變形數據進行校正。

（7）由于在熱狀態下焊接，應采取適當的隔熱保溫措施，使用石棉布覆蓋。

（8）轉子焊接完成后不可進行機加工，只能在專用磨架上先使用大砂輪粗磨，然后再用手提砂輪細磨。粗磨砂輪為白剛玉GB30，硬度ZR1，直徑Ф300 mm。細砂輪為普通剛玉G30，硬度ZR1。

3.3 轉子軸頸的修復

轉子軸頸與耐磨板之間磨損段的寬度較窄，轉子使用40Cr調質鋼加工，因此可同樣選用YD-500KR2二氧化碳氣體保護焊機。

轉子軸頸修復過程如下：

（1）將拆下的兩根ZZ2型轉子軸頸逐個清理干凈，安裝在C650車床上，找正后分別測量出轉子兩端軸頸撓度和同軸度。

（2）安排2臺焊機在轉子同軸端同時對稱施焊，減小撓度變形，由于焊接磨損處表面積不大，要一次性地將軸頸一端的磨損處對稱堆焊完成。兩焊機焊接速度、電弧電壓、電流保持一致。

（3）焊接參數：焊絲直徑1.6 mm，焊接電流200 A，電弧電壓 22～24 V，CO2流量 22～25 L/min，送絲速度10.8 m/min。

（4）焊接完成后，測量堆焊后轉子軸頸變形情況，若超過0.12 mm，要進行反向焊接撓度校正，達到規定標準。

（5）完成一端焊接，繼續進行轉子另一端焊接。堆焊部位緩冷至室溫，進行車削加工，留0.1 mm余量，改用磨頭進行磨削，達到標準尺寸。

（6）堆焊完轉子，經外觀、尺寸等檢驗合格的轉子正確放置一段時間進行時效處理，達到消除焊接應力的作用。

3.4 堆焊效果驗證

采用LQ451和LQ517金屬粉型藥芯焊絲，使用CO2氣體保護堆焊過程中工藝正常穩定，成型好，脫渣性好。藥芯焊絲熔深可達5 mm，熱影響區域寬10 mm，焊渣少，有薄渣覆蓋，飛濺和煙塵降低50%。使用尖角錘對堆焊部位仔細敲擊，檢查補焊合金層與原堆焊合金層及母材熔合情況，經檢驗結合牢固，達到修復要求。

經驗證分析，藥芯焊絲中硅錳等合金元素的含量和比例可充分脫氧，保證了良好的脫渣性；藥芯焊絲中C含量增加堆焊層硬度和耐磨性，其抗裂性變差，通過加入適量Mo、Ni、Mn、V等元素，細化晶粒，形成有較好韌性的奧氏體，具有良好的抗裂性和抗高溫氧化性；焊絲中含有C、Cr、B等元素，使堆焊層耐磨性較好。

經1.6 MPa、24 h及130℃、1.5 h水壓試驗，無任何泄漏，達到維修技術要求。

4 結語

使用LQ451和LQ517耐磨堆焊藥芯焊絲，采用CO2氣體保護焊堆焊GK400N轉子耐磨層的工藝方法可行。堆焊熔覆速度高，選用耐磨堆焊金屬粉型藥芯焊絲合理，焊接參數設置合理，焊接成型好、無氣孔、夾渣。維修質量達到工藝技術要求，修復成本降低，取得較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]李建海，等.新型金屬芯藥芯焊絲的開發和應用[J].焊接技術，2001(6): P47.

[2]王其營，等.GK270密煉機轉子的修復[J].橡塑技術與裝備，2005(6):P47～49.