補焊技術在軋機關鍵件中的應用研究

李啟銘

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

軋機設備用來實現(xiàn)金屬軋制過程，其自身機構復雜，零部件龐大，在生產制造過程中，需采用不同的生產加工方式。對于結構復雜重量大的零部件(如牌坊、底座等)可以采取鑄造方式;對于有一定機械強度要求的部件(如空心主軸、油缸塊等)可采取鍛造方式;對于一些普通的連接部位，可采用鉚焊件來實現(xiàn)(如架體等)。這些關鍵件，從坯料到加工成品，零部件缺陷伴隨整個生產過程，特別是易產生內裂、縮孔、氣孔、砂眼、缺肉、夾渣、裂紋等組織缺陷。另外在機加工過程中也會出現(xiàn)挖刀、尺寸超差、加工錯位等缺陷。對于這些缺陷，在不影響使用性能和機械強度的情況下，都可以通過補焊技術來消除，從而滿足實際生產需要。

1 常用補焊方法及軋機關鍵件的施焊

目前我公司最常用的補焊方法主要有手工電弧焊和手工鎢極氬弧焊。這兩種手工焊接方法因其靈活性、可到性及易操控性，在實際生產中取得了較好的效果，被廣泛應用。表1為兩種焊接方法的比較。

表1 兩種焊接方法的比較Tab.1 Comparison of two welding procedures

由表1可以看出，手工鎢極氬弧焊因其適用性廣，對環(huán)境污染小，對焊材利用率高且焊縫更為牢固，在實際生產中應用更為廣泛。鑄鍛件局部組織缺陷如砂眼、裂紋等，在精加工前發(fā)現(xiàn)需進行補焊修復的，兩種補焊方法均可，精加工后發(fā)現(xiàn)的宜采用手工鎢極氬弧焊。但由于鎢極承載電流能力有限，電流過大會引起鎢極熔化和蒸發(fā)，所以焊接效率較低，對于厚壁焊件的焊接比較費力，對于冷加工過程中出現(xiàn)加工誤差等大面積補焊不適用，通常采用手工鎢極氬弧焊補焊時，補焊層厚度不易大于2mm。

目前我公司的軋機設備關鍵件主要以鑄件、鍛件、鉚焊件的形式提供坯料，經過冷加工后，通過裝配來實現(xiàn)制造過程。無論在哪個過程發(fā)現(xiàn)任何形式的缺陷，一般都可以通過補焊進行消除，除了通用的焊接工藝要求外，具體的施焊必須考慮零件本身的材質及在部件裝配中的使用場合。根據(jù)不同的母體材質，補焊前是否預熱及選擇預熱溫度，補焊中焊條規(guī)格的選擇都會有所不同;根據(jù)零件在部件裝配中的使用場合及母材材質采用何種焊接方式也會有所不同。表2列出了軋機設備中一些不同材質的關鍵零件施焊特點及注意事項。

表2 不同材質零部件施焊特點對照表Tab.2 Comparison of welding operating features for different parts with different materials

2 補焊前后的一般工藝要求

一般情況下，在任何工序發(fā)現(xiàn)零部件有缺陷，補焊前都應首先把缺陷部位清理干凈，清理后需用磁粉或著色法檢查缺陷是否清理干凈。缺陷清理干凈后，距缺陷周邊50mm范圍內還需嚴格進行除油、除銹和除污處理。對已加工過的零件可用機械加工或電砂輪打磨的方法清理。對于毛坯件，除機械加工方法外，允許用碳弧氣刨方法清理，但必須用電砂輪打磨至露出金屬表面。采用機械加工方法清理缺陷時，根據(jù)缺陷類型、補焊方法等，使缺陷處清理后符合表3中的規(guī)定。采用碳弧氣刨方法清理缺陷時，根據(jù)缺陷的深度與大小選取表4中的氣刨工藝。

表3 機加工方法缺陷處理規(guī)定Tab.3 Defect management in machining

表4 氣刨方法缺陷處理規(guī)定Tab.4 Defect management in air gouging

補焊后要求表面平整、成形好、無咬肉、氣孔、裂紋等卻陷，弧坑要添滿。已加工表面無打弧痕跡、飛濺必須清理干凈，對內部質量有要求的、焊肉內部超標缺陷可通過超聲波等無損探傷進行檢測，檢測合格后方可進行后續(xù)工藝。

表5 各種鋼預熱溫度規(guī)定Tab.5 Preheating temperatures required for various steels

3 補焊中的特殊工藝要求

除了上述焊前、焊后一般工藝要求外，在進行施焊的過程中還有一些特殊的工藝要求，主要是施焊前預熱溫度的控制范圍和焊條牌號的選擇，均會因零部件金屬材質不同而有所不同，直接影響到焊接后的強度和使用效果。

3.1 施焊前預熱溫度的工藝要求

一般情況下，經調質、淬火后的低碳鋼、低合金鋼，當板材厚度大于60mm時，均應進行補焊前的預熱處理。預熱溫度和板材厚度及含碳量有關，板材越厚含碳量越高，預熱溫度越高，預熱時應均勻而緩慢加熱。各種鋼的預熱溫度可按表5選取。

3.2 焊條的選擇

不同材質的零部件由于不同的物理化學特性和機械性能，補焊時對焊條的選擇也有一定的工藝要求，具體見表6。

表6 常用鋼與焊條牌號選擇表Tab.6 Designation chart of common steel and welding electrode

4 焊接方式的選擇

4.1 等強度焊接和不等強焊接

等強焊接是焊縫的承載力與母材相同的一種焊接方式，補焊過程中一般用于承載較大載荷的重要場合，如精加工前軋輥軸承座內孔補焊或牌坊內表面的補焊。對于焊縫強度超過600MPa的不宜采用該焊接方式，因為此時抗裂性較差。該焊接方式一般適用于碳素鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼等。該焊接方式對焊縫強度和焊條選擇的要求如表7所示。

表7 等強焊接焊條與焊縫強度對照表Tab.7 Comparison of electrode designation and seam strength with equal strength welding

不等強焊接是指焊縫金屬的強度低于母材金屬的一種焊接方式。不等強焊接主要用于不重要的軋機配管接頭聯(lián)接處，以及補焊一些軸承座、端蓋類無關緊要的外觀缺陷等。但對于45、40Cr、42CrMo等經調質的中高碳合金鋼的補焊，一般也采用該焊接方式。這種焊接方式通常必須使用低氫焊條，如E5015焊條等，因為該材料焊條中低合金、低雜質、低碳可用來稀釋熔入焊縫的母材，從而使焊縫合金含量增高，以提高焊縫的抗裂性。

4.2 同材質和不同材質焊接

同材質焊接是等強度焊接的一種，不同的母體材質可能是鑄造或鍛壓組織，而焊縫則是鑄態(tài)組織。同材質焊接主要用于不銹鋼、有色金屬材料及低碳鋼等，但對于中高碳合金的調質和淬火用鋼材，不適用該焊接方式進行補焊。

不同材質焊接方式使用時需慎重，目前應用較多的補焊場合為不同材質拼焊后焊縫出現(xiàn)裂紋的情況，常見的兩種情況有:

(1)不銹鋼與鋼的焊接，一般奧氏體不銹鋼與中、低碳鋼及低合金結構鋼焊接需補焊時，應選用合金含量比母材高一個級別的奧氏體不銹鋼焊接材料，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti與Q235鋼焊接時可選用A302或A402焊條;

(2)中碳調質鋼與低碳鋼、低合金鋼的焊接，如45、42CrMo、35CrMn 與 Q235、Q215、20 等焊接需補焊，通常應按與性能較低的母材等強度的原則選取焊材，如E4215、E5015等低氫焊條。

5 結論

(1)軋機設備中不同材質的零部件呈現(xiàn)不同的補焊特性，氬弧焊在補焊過程中應用更為廣泛，但補焊量不宜過大;

(2)軋機設備中不同材質的零部件由于其自身物理化學性能和機械性能不同，在補焊時工藝要求會有所不同;

(3)軋機設備中，不同使用場合根據(jù)零部件材質的不同施焊方式也不同，在滿足使用要求前提下，應盡量降低勞動成本，提高生產效率。

［1］中國機械工程學會焊接學會，焊接手冊(第二卷)［M］.

［2］呂亞臣，重型機械工藝手冊(上冊)［M］.

［3］陳裕川，焊接工藝設計與實例分析［M］.

［4］中國機械工程學會焊接學會，焊接手冊(第二卷)［M］.

［5］成大先，機械設計手冊(第一卷)［M］.

［6］李啟銘，常用補焊方法及其工藝參數(shù)合理化在零部件缺陷處理中的應用研究［J］.有色金屬加工.2013，42(4):