軋機(jī)壓下銅螺母的堆焊修復(fù)工藝研究

萊蕪鋼鐵集團(tuán)機(jī)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(jī)壓下銅螺母是軋機(jī)的主要工件，材質(zhì)一般為銅合金，起調(diào)節(jié)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(jī)的壓下系統(tǒng)；如果銅螺母產(chǎn)生間隙會(huì)造成顫動(dòng)，在使用到一定周期后，內(nèi)部螺紋絲扣必然產(chǎn)生不同程度的磨損，絲扣壁磨損嚴(yán)重的，甚至?xí)斐闪鸭y，導(dǎo)致失效。近幾年，隨著鋼產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量，并且容易造成整個(gè)壓下裝置的連動(dòng)失效，從而影響了設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)。

如重新制作一件200kg左右的銅螺母，生產(chǎn)成本可達(dá)2萬(wàn)元，而且制作工期也比較長(zhǎng)。為了節(jié)約采購(gòu)成本，縮短制作工期，經(jīng)過(guò)縝密的研究及實(shí)踐后，決定采用熔化極氬弧焊對(duì)銅螺母進(jìn)行修復(fù)。

（1）焊接性分析 軋機(jī)壓下銅螺母材質(zhì)為QAl9－4，化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。

表1 QAl9－4鋁青銅化學(xué)成分及標(biāo)準(zhǔn)

表2 QAl9－4鋁青銅室溫拉伸力學(xué)性能

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

（2）技術(shù)要求 ①焊接技術(shù)規(guī)范要求應(yīng)符合YB/T036.11。②焊縫全部為連續(xù)焊縫，所采用的焊絲為L(zhǎng)J－6378，φ1.2mm。③焊縫高度應(yīng)滿足機(jī)械加工余量要求。④焊前對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱。⑤焊接過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行敲擊減小應(yīng)力，改善焊縫組織性能，焊后進(jìn)行熱處理消除殘余內(nèi)應(yīng)力。

2.焊接工藝流程及焊前準(zhǔn)備

焊接工藝流程：焊前準(zhǔn)備工作→焊接→焊后質(zhì)量檢測(cè)。以下為焊前準(zhǔn)備工作。

（1）焊接前銅螺母的檢測(cè) ①對(duì)需要修復(fù)的銅螺母進(jìn)行著色探傷，檢測(cè)螺紋處及端部鍵槽處有無(wú)裂紋及磨損情況。著色探傷時(shí)，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(fēng)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?jié)B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(cè)量實(shí)物數(shù)據(jù)與圖樣數(shù)據(jù)相比較并做出書面報(bào)告。③根據(jù)檢測(cè)情況，將壓下螺母磨損嚴(yán)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(qiáng)度和耐磨性，選用高強(qiáng)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(chǎn)效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，防止焊接煙塵和金屬粉塵對(duì)焊工身體健康的危害，采用高純氬氣體保護(hù)焊，氬氣純度≥99.999%，露點(diǎn)≤－50℃，并符合GB/T4842規(guī)定。同時(shí)還可以降低電弧氣氛的氧化性，防止夾渣物的產(chǎn)生。

（3）設(shè)備選擇 焊接設(shè)備采用唐山松下KRⅡ350氣體保護(hù)焊機(jī)。該焊機(jī)采用晶閘管來(lái)控制焊機(jī)的電流輸出及送絲速度，焊機(jī)調(diào)整連續(xù)平滑穩(wěn)定。焊機(jī)為平特性，主要用于CO2氣體保護(hù)焊、MIG焊及MAG焊。

3.焊接工藝

（1）焊前預(yù)熱 由于銅的導(dǎo)熱性很高，焊接時(shí)熱量極易散失，因此焊前必須預(yù)熱。而且，預(yù)熱也可改善焊接應(yīng)力分布，減少應(yīng)力腐蝕開裂的危險(xiǎn)程度。預(yù)熱時(shí)應(yīng)將銅螺母堆焊區(qū)加熱到230℃左右，并使堆焊區(qū)整個(gè)截面熱透，且應(yīng)維持到焊接結(jié)束。

（2）焊接參數(shù) 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(yàn)表明，當(dāng)采用氬弧焊選擇φ1.2mm的焊絲時(shí)，焊接電流為250～400A較為合適，這時(shí)可將弧長(zhǎng)控制在噴射過(guò)渡區(qū)與短路過(guò)渡區(qū)之間，進(jìn)行亞射流電弧焊接。

焊接銅螺母時(shí)，工件平放，為防止銅中毒，應(yīng)保持空氣流通，要短弧施焊，一般不應(yīng)作橫向擺動(dòng)，焊接熱輸入宜稍大些。為了減少焊接飛濺，提高焊接質(zhì)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(dāng)焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓為定值時(shí)，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?yàn)楹竿甑谝粚雍螅瑢⒑傅老鄬?duì)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(jìn)行第二層焊接。焊接過(guò)程中注意實(shí)時(shí)用小錘頭敲擊焊道，以減小焊接應(yīng)力，改善焊縫組織性能。待銅螺母整體焊好后，再進(jìn)行熱處理以消除殘余內(nèi)應(yīng)力。

（3）注意事項(xiàng) 第一，焊絲的干伸長(zhǎng)度控制：焊絲的干伸長(zhǎng)度對(duì)焊接過(guò)程影響較大。焊絲的干伸長(zhǎng)度越長(zhǎng)，焊絲的電阻值越大，在焊接過(guò)程中易造成電弧不穩(wěn)定，飛濺增大，焊縫成形差；同時(shí)氣體保護(hù)變差，空氣容易進(jìn)入產(chǎn)生氣孔。如果焊絲干伸長(zhǎng)度過(guò)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(guò)熱，使飛濺物粘住或堵塞噴嘴，使焊縫產(chǎn)生氣孔，影響焊接質(zhì)量。一般在焊接過(guò)程中，焊絲的伸出長(zhǎng)度是焊絲直徑的10～15倍最好。

第二，焊接質(zhì)量的控制：焊接時(shí)應(yīng)盡量減少焊接接頭，若需要接頭時(shí)，用角磨機(jī)把弧坑部位打磨成緩坡形，接頭時(shí)焊絲頂端對(duì)準(zhǔn)緩坡焊接，當(dāng)焊絲燃燒到緩坡的最薄處，正常擺動(dòng)焊絲即可。為保證焊接質(zhì)量和防止變形，應(yīng)使層與層之間的焊接方向相反，焊縫接頭也相應(yīng)錯(cuò)開。焊接即將結(jié)束時(shí)，焊槍不要馬上離開弧坑，防止產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。

4.焊后質(zhì)量檢測(cè)

（1）外觀檢測(cè) 焊縫不得有表面氣孔、夾渣、裂紋、咬邊、弧坑及內(nèi)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(yīng)圓滑過(guò)渡到母材，堆焊層余量應(yīng)滿足機(jī)械加工的要求。

（3）無(wú)損檢測(cè) 銅螺母堆焊區(qū)的每層焊縫以及整體焊完熱處理前、后均應(yīng)進(jìn)行著色探傷，探傷合格后，方可進(jìn)行機(jī)械加工。

在后續(xù)的螺紋加工過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，說(shuō)明采用該焊接工藝進(jìn)行銅螺母堆焊修復(fù)方案可行。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）采用氬弧焊對(duì)銅螺母進(jìn)行修復(fù)，效果較好，未發(fā)現(xiàn)任何焊接缺陷，深受客戶歡迎。既為客戶節(jié)約了資金，又節(jié)省了時(shí)間。

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

生產(chǎn)實(shí)踐證明，此工藝成本較低，經(jīng)濟(jì)性好，易于操作，值得推廣。（20130802）