選礦廠粗破破碎機動錐體軸頸焊接修復工藝

喬 平，李麗丹，唐立新，彭恂軍，唐 文

（1.攀鋼集團礦業公司選礦廠，四川 攀枝花 617000；2.攀鋼集團工程技術公司，四川 攀枝花 617000；3.攀鋼釩物流中心，四川 攀枝花 617000）

此次研究選礦廠的兩臺懸掛式粗破破碎機，最大給料直徑可達1000mm。破碎機的動錐體是破碎機的主要軸類部件（軸直經Ф280mm），材質為較堅硬的金屬，主要起到支撐零件和傳遞動力的作用，它需要長期保持中速和重負荷運行的工作環境，所以具有受耐高溫、耐油腐蝕、耐磨等特性。由于每次停機后需要重新啟動時，潤滑油未充分形成保護油膜前，橫梁中的缸套與動錐體軸頸位置長期直接磨損，造成寬50mm、深度7.2mm的環軸頸部形成帶狀磨損槽，且槽內表面又出現有網狀裂紋現象。為保證設備正常運行，需要進行網狀裂紋處理和堆焊表面層才能夠恢復零件尺寸，滿足破碎機的裝配和使用要求。

圖1 選礦廠粗破破碎機的結構示意圖及軸頸磨損槽部位

1 錐體材料分析

（1）焊件本身在特定工作環境下的力學分析。此次修復細長軸（錐體）的軸頸位置，（軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸，軸頸是軸的裝配基準。）從網狀裂紋兩側無明顯的脫碳現象，可以排除裂紋是軸在使前就存在的可能性。從外觀來看，呈明顯沿軸中心形成50mm的帶狀表面網裂，在長期高溫和液體腐蝕及礦物雜質的侵入，使晶界表面的氮化處理最高硬度（HRA72～78）下降。在三者共同作用下，造成軸的表面磨損和低熔點共晶的熔解，從而晶界間表面的結合力下減弱，在機械停產過程的高速冷卻中，在獲得馬氏體組織的同時也伴隨著體積的膨脹，必然使淬火工件在形成馬氏體的同時，產生裂紋和變形。

（2）選礦廠粗破碎機焊接時的主要問題。①熱影響區的脆化和軟化。從表一中查到，粗破碎機結構件并含有Mn、Si、Cr、Ni等多種合金元素，金屬結構件的淬硬傾向大，M s點又低，因而在淬火區產生大量的馬氏體，導致嚴重脆化。熱影響區被加熱到超過調質處理的回火溫度的區域，將出現強度、硬度低于母材的軟化區。如果焊后不進行調質處理，該軟化區可能降低接頭強度的薄弱區。②易產生裂紋。為了提高抗裂性，盡量降低焊接接頭的含氫量，并采用焊前預熱和焊后熱處理；它的合金元素含量高，焊縫凝固結晶時，結晶區間大，偏析傾向也比較大，因而焊接時具有較大的熱裂紋敏感性，為防止產生熱裂紋，要求選擇低碳焊絲（焊條）。堆焊層與母材之間的結合界面是異種金屬的熔化冶金結合，其結合強度是各種界面結合中最高的。在堆焊中，堆焊層與母材之間的熔合區常由于化學成分的不均勻，導致組織和性能上的不均勻，是堆焊中的最薄弱部位。堆焊層和熔合區常因冶金因素和力學因素的影響出現裂紋、氣孔等缺陷。

2 焊接方法和焊接材料

2.1 焊接方法的選擇

4采用熱量集中的脈沖氬弧焊、等離子焊及真空電子束焊方法，有利于縮小熱影響區寬度，獲得細晶組織，從而提高焊接接頭的力學性能和抗裂性能。結合我廠的實際情況和現場環境條件選擇手工焊條電弧焊。

2.2 焊接材料的選擇

為確保焊縫金屬的韌性、塑性和強度，為提高抗裂性，應采用低碳合金系，盡量降低焊縫金屬的硫、磷雜質的焊接材料。此次焊接的錐體屬于在焊后不能進行調質處理的特殊大型錐體構件。

需要在調質狀態下進行焊接，通過分析選擇鉻鎳含量較高的金屬焊條進行焊接，它塑性、韌性和抗裂性好，還具有一定的耐磨性。其化學成分和力學性能表1、表2所示。

表1 金屬焊條的化學成份④

表2 力學性能④

由于Mn、Ni、Mo、Cr均屬于強化元素，隨著焊縫金屬的這些元素的加入，焊縫的強度提高；當焊縫中含有Ni、Mo及Cu等多種合金元素時具有抗腐蝕性能。

3 焊前準備

（1）焊條須250℃烘焙1小時，放入保溫桶內隨用隨取。

（2）將環軸頸部帶狀槽形內的表面網狀裂紋和氧化層用角向砂輪機清除干凈，并露出金屬光澤，再用磁粉探傷檢查環軸頸部帶狀槽形內無裂紋后方可進行底層焊接。

4 焊接工藝及措施

（1）預熱和后熱溫度的選擇。正確地選擇預熱和后熱溫度，有利于改善接頭的組織性能和應力狀態。在一般情況下，預熱溫度在200℃～350℃。此次焊接材料是硬質金屬焊條，進行焊接時，可低溫預熱或者不預熱。根據錐體軸頸部磨損位置的特殊性，所以我們選擇了較小線能量，焊前預100℃～150℃，焊接過程中控制道間溫度等于或略高于預熱溫度，焊后不需進行熱處理。

（2）焊接層次和焊接順序。由于軸頸磨損處寬50mm、深7.2mm，堆焊時采取2層3道進行分段對稱焊接，可有效地防止變形和使應力分布均勻不出現應力集中。

（3）每焊完一段立即用帶圓頭的小錘進行錘擊（小錘重0.5Kg、圓頭直徑5mm），錘擊時先錘擊焊道中間再錘擊焊道與母材的熔合處，可減少部分應力和防止堆焊層因收縮而產生裂紋及剝離。

5 焊后檢驗及表面處理

①焊縫冷卻到室溫后，檢查焊縫表面無氣孔、夾渣、裂紋和咬邊等缺陷，余高2mm～3mm，成型良好。②經修磨清除表面余高后進行著色探傷，未發現表面有裂紋、氣孔等缺陷。③使用超聲波檢查均達到I級標準，合格。

6 結語

堆焊修復后的近一年的使用情況看，設備運行平穩。說明我們使用A507這種焊接材料和制定的焊接工藝措施是可靠的，在粗破碎機錐體以及各種相類似的大型錐體的軸頸部磨損后，需要在調質狀態下進行焊接修復時，能確保錐體的裝配尺寸和使用性能的同時，也是提供了新的技術支撐。為本單位降低了設備成本，取得了較大的經濟效益。