WK-4型電鏟行走大傘齒輪的焊接修復(fù)

中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司（湖北宜昌 443002）漆衛(wèi)國

1.概述

我公司某礦山有6臺WK－4型電鏟，承擔(dān)硅酸鹽礦的采掘工作。該礦山開采平臺現(xiàn)場條件惡劣，作業(yè)范圍廣，生產(chǎn)強(qiáng)度高，日產(chǎn)量達(dá)萬噸以上，電鏟長期處于高負(fù)荷下運(yùn)行，且經(jīng)常需要長距離行走，轉(zhuǎn)移作業(yè)區(qū)域。其中3號電鏟在一次轉(zhuǎn)移作業(yè)面長距離行走時(shí)發(fā)生大傘齒輪連續(xù)崩齒兩個(gè)，如圖1所示。當(dāng)時(shí)沒有備用大傘齒輪，若購買更換大傘齒輪，采購周期需一個(gè)月以上，且大傘齒輪與輪軸是過盈配合，拆卸、裝配工藝繁瑣，耗費(fèi)工時(shí)。為減少停產(chǎn)造成的損失，決定采用焊接修復(fù)的辦法。

圖1 崩齒后的大傘齒輪

2.大傘齒輪的化學(xué)成分及力學(xué)性能

通過查閱電鏟隨機(jī)文件，大傘齒輪材料為38CrSiMnMo中碳調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

表1 38CrSiMnMo化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 38CrSiMnMo力學(xué)性能（調(diào)質(zhì)狀態(tài)）

3.修復(fù)方案

大傘齒輪兩齒崩裂部位均在齒根，如果全部采用堆焊修復(fù)齒形，則焊接工程量非常大，焊接質(zhì)量及齒形尺寸難以控制。通過分析齒體材料焊接性能及斷齒部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定采用“鑲板+堆焊”修復(fù)方案，如圖2所示。

圖2 大傘齒輪修復(fù)方案

4.鑲板材料及尺寸

綜合考慮齒形芯部應(yīng)具有較好的力學(xué)性能，以及與母體材料含碳量相近的原則，選用35CrMo鋼板作為鑲接材料，鑲板尺寸如圖3所示。

圖3 鑲板尺寸

5.焊接材料選擇

38CrSiMnMo及35CrMo均為中碳調(diào)質(zhì)鋼，含碳量較高，淬硬傾向大，對氫較為敏感，增加隔離層是必要的，同時(shí)需保證焊縫的強(qiáng)度及齒面的耐磨性。根據(jù)38CrSiMnMo及35CrMo的化學(xué)成分、力學(xué)性能及焊接性能，并綜合考慮大傘齒輪的工況和崩齒原因，確定選用大西洋E310－16、E6015－G及D212三種焊條進(jìn)行修復(fù)焊接，保證修復(fù)焊縫具有良好的塑性、一定的強(qiáng)度及較高表面硬度。

首先使用E310－16焊條進(jìn)行隔離層焊接，然后用E6015－G焊條進(jìn)行堆焊，形成基本齒形，最后用D212焊條堆焊齒面，如圖4所示。

圖4 分區(qū)堆焊

6.焊接工藝

（1）坡口制備 首先用碳弧氣刨在大傘齒輪待修復(fù)的兩個(gè)齒根部位各加工一個(gè)深約50mm、寬約70mm、長約160mm的槽形坡口，坡口上部應(yīng)比下部略寬，然后用角磨機(jī)修整坡口形狀及表面，將氣刨熔渣及夾碳清除干凈，并使坡口面盡量平整。清理鑲接板坡口面及其兩側(cè)面油污等，打磨鐵銹、氧化皮等，直至露出金屬光澤。

（2）預(yù)熱及層間溫度 采用火焰預(yù)熱待焊部位至150℃以上，用石棉布覆蓋待焊部位周圍齒輪本體，減少熱量散失。焊接過程中保持層間溫度不低于120℃。

（3）焊接 第一，焊接參數(shù)如表3所示。

表3 焊接參數(shù)

第二，隔離層焊接時(shí)，應(yīng)兩側(cè)交替焊接，并實(shí)時(shí)監(jiān)測鑲接板的垂直度，根據(jù)變形情況調(diào)整兩側(cè)焊接規(guī)范。

第三，齒形堆焊，每層厚度控制在3mm以內(nèi)，每堆焊一層應(yīng)及時(shí)用樣板檢查齒形，確定后續(xù)堆焊量。

第四，打磨齒形焊道表面至平順，堆焊齒面，齒面堆焊層有效厚度應(yīng)≥5mm。

第五，焊接時(shí)，用風(fēng)鏟錘擊焊道以降低焊接殘余應(yīng)力。

（4）焊后消應(yīng)力熱處理 每個(gè)齒形焊完后，立即采用火焰對焊接部位進(jìn)行加熱消應(yīng)力熱處理，加熱溫度300～350℃，并保持30min以上，然后用多層石棉布包裹保溫緩冷。

7.齒面成形處理

消應(yīng)力熱處理完成后，用角磨機(jī)修磨齒形，修磨時(shí)應(yīng)經(jīng)常使用樣板檢查齒形，防止修磨過量。當(dāng)齒形修磨到約剩0.5mm余量時(shí)，采用火焰加熱齒面至不低于400℃，迅速用柴油和機(jī)油的混合液均勻噴灑齒面，然后再進(jìn)行（180～200）℃×1h低溫回火，最后精磨齒形。

8.質(zhì)量檢測

齒形焊接修復(fù)完成后，對兩個(gè)修復(fù)齒進(jìn)行了齒形尺寸及表面硬度檢測，檢測結(jié)果如表4所示，將檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比對，符合要求。對齒面進(jìn)行滲透檢查，未發(fā)現(xiàn)任何缺欠。

表4 齒形尺寸及齒面硬度檢測結(jié)果

9.使用效果

幾年來，我公司應(yīng)用此法共修復(fù)3臺WK－4型電鏟的行走大傘齒輪，首個(gè)修復(fù)齒輪已連續(xù)使用4年多，沒有發(fā)生修復(fù)齒斷裂及齒面耐磨堆焊層剝離等現(xiàn)象，經(jīng)多次檢查齒形尺寸，齒面磨損非常小，說明修復(fù)焊縫強(qiáng)度滿足要求，齒面耐磨性能優(yōu)良。

同時(shí)，利用焊接技術(shù)修復(fù)大傘齒輪，省去了更換齒輪所需的齒輪采購、拆卸及安裝等過程，大大縮短了設(shè)備的修理時(shí)間，并簡化了修理工藝，同時(shí)也獲得了較好的成本效益。

10.結(jié)語

（1）實(shí)踐證明，利用焊接技術(shù)修復(fù)大傘齒輪是可行的，其技術(shù)關(guān)鍵是正確選擇焊接材料和控制焊接殘余應(yīng)力。

（2）焊接過程中，適時(shí)恰當(dāng)?shù)劐N擊焊道，可有效降低焊接應(yīng)力，預(yù)防裂紋產(chǎn)生。

（3）本工藝選用的焊接材料組合是合理的，有效避免了裂紋、氫脆等危害的發(fā)生，使修復(fù)后的大傘齒輪經(jīng)受了長時(shí)間、高強(qiáng)度運(yùn)行的考驗(yàn)。