連續混捏機主軸焊接技術研究

程立國

（河南中孚鋁業有限公司，河南 鞏義 451200）

在碳素材料生產過程中，為了能順利成型，并使成品結構具有良好的均勻性，則需要將配好的各種物料放在一定設備中進行攪拌（混捏），使之相互混合均勻，這種使骨料的各種組分，各種粒度及黏結劑達到均勻混合，以得到可塑性糊料的工藝過程稱為混捏。目前，國內大型碳素企業常用的混捏設備可分以下三類：一是間斷性生產的雙軸攪拌混捏機，雙軸攪拌混捏機是間歇式生產設備，按加料～混捏～卸料周期性循環操作；二是連續生產混捏機，連續混捏機又分為雙軸連續混捏機和單軸連續混捏機兩類；三是新型糊料冷卻取替雙軸或單軸連續混捏機完成糊料的混捏。

圖1 連續混捏機外形圖

隨著自動化程度的提高，混捏方法也在不斷地改進，目前已由原始的間斷性冷混捏發展到連續性熱混捏，此次研究的對象就是連續混捏機，連續混捏機的優點是機械化程度高，產能量大，便于實現自動化，勞動條件較好，但必須與精確配料設備配合使用，整套設備較復雜，調整較困難，故只適用于大批量單一配方產品生產，如鋁電解用預焙陽極的糊料生產；其作用是將預熱后的煅后焦混合料（170℃）與液體煤瀝青混捏均勻（180℃～200℃），讓煤瀝青均勻地粘結到煅后焦混合料上，并部分滲透到煅后焦顆粒的孔隙中去，以達到最佳糊料混捏質量和混捏效率，賦予糊料塑性，為預焙陽極生產提供合格糊料。連續混捏機由驅動電機、齒輪箱、混捏軸軸向運動驅動裝置、齒輪潤滑系統、混捏腔體（包括襯板、定攪刀、伴熱夾套等）、混捏主軸（包括攪刀）、卸料門、卸料門液壓控制系統、潤滑系統和電控系統等幾部門組成。

糊料質量的好環一般由混捏機扭矩控制。混捏機扭矩是體現混捏效果、混捏產能以及判斷設備填充效率的主要參數，但也是導致混捏機主軸出現裂紋，甚至斷裂的主要原因，因此實際生產中往往依據此參數來調整混捏機轉速、產能等，同時也能夠判斷設備內部磨損情況，合理安排檢修。

我公司生產使用的連續混捏機，主軸是直徑350mm，長10500mm，且中心鉆孔內部帶熱煤油加熱（油溫250℃～270℃）的空心軸，因長期在高扭矩、高溫度條件下運行，一般超過兩年以上時間，主軸很容易出現裂紋。發現裂紋后，若處理不及時或不當，繼續帶病運行，必將導致主軸斷裂，生產停止，主軸報廢；因此如何高質量修復出現裂紋的混捏機主軸提上日程，公司就此成立了攻關小組，經過查閱大量資料，無數次修訂方案，最終通過裂紋端部處理和焊接工藝溫度控制兩個方面成功攻克了連續混捏機主軸裂紋焊接這一技術難題，焊接后的主軸仍可在高溫（250℃～270℃）下連續滿負荷運行，并能有效延長使用壽命一倍以上。

1 連續混捏機主軸焊接技術研究

1.1 焊接準備

（1）施焊前需要進行的技術準備工作，包括熟悉產品圖紙，了解產品結構；熟悉產品焊接工藝，了解產品焊接接頭要求的焊工持證項目，掌握產品焊接接頭的焊接參數。

（2）施焊前需要進行的器材準備工作，包括焊接設備及工裝的檢驗調試；焊接參數調整，按焊接工藝的規定領取焊接材料。

圖2 連續混捏機

（3）主施焊前需要進行的清理工作：混捏機主軸上所有的碎片和油污都要清除干凈，注意必須從焊接區域開始，至少要對25毫米半徑的表面進行清潔。

（4）施焊前必須進行PT（滲透探傷），即零件表面被施加含有熒光染料或著色染料的滲透液后，在毛細管作用下，經過一定時間的滲透，滲透液可以滲進表面開口缺陷中；經去除零件表面多余的滲透液和干燥后；再在零件表面施加顯象劑；同樣，在毛細管作用下，顯象劑將吸引缺陷中的滲透液，即滲透液回滲到顯象劑中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示（黃綠色熒光或紅色），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態?；静襟E包括：一是表面準備和預清洗，預清洗可采用機械法，化學方法以及溶劑去除方法等；二是施加滲透劑，注意滲透時間一般不少于10min，溫度控制在溫度控制在15℃～50℃；三是去除多余的滲透液，要求從零件表面去除所有的滲透液，又不將滲入缺陷中的滲透液清洗出來；四是干燥，一般使用熱空氣循環烘干裝置，干燥溫度不能太高，時間不能太長；五是顯象，顯象的過程是用顯象劑將缺陷處的滲透液吸附到零件表面，產生清晰可見的缺陷圖像；六是觀察（檢驗）顯象，以確定裂紋的形狀及走向；七是后清洗及復驗。

（5）施焊前焊工應檢查坡口表面，不得有裂紋、分層、夾雜等缺陷，應清除焊接接頭的內外坡口表面及坡口兩側母材表面至少20mm范圍內的氧化物、油污、熔渣及其它有害物質。

（6）首先采用鉆孔的方式對連續混捏機主軸裂紋端部進行處理；即先在裂紋端部打孔，打孔的半徑至少達到3mm，以防止打磨、焊接時裂紋延伸；然后用磨光機打“U”型破口，沿裂紋的長度和深度都進行打磨，但軸向不能打磨透，保持壁厚在0.5mm為宜。

（7）采用自動溫控伴熱帶對焊接區域進行預熱，即對裂縫焊接區域進行緩慢、均勻地升溫加熱，使熱量充分滲透到軸的整個徑向厚度上，加熱范圍至少應為焊縫兩端各200mm，即：加熱的區域為：以裂縫為中心的400mm寬的環形圓周。

（8）檢定焊接主體材質，需要專業機構進行材料分析，以保證焊棒與主軸材料相同。

1.2 焊接技術

（1）對裂縫焊接區域、裂縫補焊區域的加熱溫度應達到連續混捏機大軸工作溫度200℃后才能進行焊接，同時采用自動溫控伴熱帶對焊接區域進行恒溫伴熱。

（2）如果使用焊棒焊接，焊接工藝最好使用鎢電極惰性氣體保護焊（TIG），也可使用屏蔽金屬電弧焊（焊棒）進行替代焊接。

（3）如果使用焊棒焊接，在每個焊道之間都需要進行打磨，且必須保證焊接電極與主軸材料相同。

（4）在進行下一道焊接之前，每個焊道都應冷卻至約200℃；在每道焊接之后，需使用半徑較小的斧錘將每個焊道打平。

（5）表層焊道應較寬，由幾條狹窄的線狀焊道組成，在焊接時要特別小心，要順著大軸緩慢、平穩的過渡。

（6）對焊縫較高的部分要進行打磨，任何咬邊或溝槽必須要進行重新焊接。

（7）整個補焊過程不能間斷，且必須特別小心，以防止大軸扭曲變形。

（8）在焊接之后，必須要對焊接區域進行緩慢的自然冷卻，應在大軸表面使用絕緣涂層進行覆蓋，冷卻過程可能需要24小時或更長時間，最終與環境溫度相同。

（9）再次進行滲透探傷，確認焊接成功。

2 結論

本技術主要包括裂紋端部處理和焊接工藝溫度控制兩個方面。

（1）裂紋端部處理：采用鉆孔和打磨的方式，使裂紋端部的半徑至少達到3mm，防止焊接時裂紋延伸。

（2）焊接工藝溫度控制：焊接區域及其相應的徑向圓周的溫度應達到大軸工作溫度才能進行焊接，并且要求使用鎢電極惰性氣體保護焊（TIG）進行焊接，焊接區域采用伴熱帶加熱時應緩慢、均勻地進行，以使熱量充分滲透到軸的整個徑向厚度上，補焊區域的伴熱范圍應為焊縫兩端各200mm，即加熱的區域為，以裂縫為中心的400mm寬的環形圓周。

使用該技術對連續混捍機主軸進行焊接后，主軸仍可在高溫（250℃～270℃）下連續滿負荷生產，并可有效延長連續混捍機主軸使用壽命一倍以上，可節約備件采購資金95萬元。

該技術不僅限于對炭素連續混捍機主軸這樣的空心軸進行焊接，而且還可用于其他行業對高溫環境下使用的空心部件進行焊接，應用前景比較廣闊。